PRODUCTCATALOGUS
Concept
in opdracht van:
hoogheemraadschap van Delfland
projectnummer: omvang rapportage: projectleider: auteurs:
NC6040808 19 pagina’s (excl. bijlagen) ir. E. Peijnenborgh drs. M.A.M. van Dorst ir. R. P. van Oosten juni ’06 concept
datum: status:
INHOUD 1
TIJDELIJKE EN FLEXIBELE KERINGEN ....................................3 1.1 Flexibele waterkeringen.........................................................3 1.1.1 Systeemwanden .........................................................3 1.1.2 Opklapbare waterkeringen..........................................4 1.1.3 Opdrijvende waterkering.............................................5 1.1.4 Opblaasbare waterkeringen........................................5 1.2 Tijdelijke waterkeringen .........................................................7 1.2.1 Traditionele methoden ................................................7 1.2.2 Waterabsorberende zakken........................................8 1.2.3 Cellulaire of modulaire zandgevulde systemen...........8 1.2.4 Cellulaire of modulaire watergevulde systemen........10 1.2.5 Betonnen of stalen verwijderbare barriers ................10 1.2.6 Samengestelde systemen ........................................12 1.2.7 Water- of luchtgevulde geomembranen of plastic elementen............................................................................15
Bijlagen Overzicht waterkeringen
1
TIJDELIJKE EN FLEXIBELE KERINGEN Waterlekkage door de wand treedt niet of nauwelijks op. Wel kan onderloopsheid optreden, afhankelijk van de ondergrond en de kerende waterhoogte.
In de beschrijvingen wordt onderscheid gemaakt tussen flexibele en tijdelijke waterkeringen. Het onderscheid hierbij is dat flexibele waterkeringen geplaatst worden op een vooraf geplaatste fundering of al (gedeeltelijk) aanwezig zijn op de plaats waar het water gekeerd moet worden. Tijdelijke waterkeringen kunnen overal worden toegepast en hebben geen fundering of aangepaste constructie ter plaatse. Allereerst worden de verschillende typen flexibele waterkeringen beschreven en daarna de tijdelijke waterkeringen. 1.1 Flexibele waterkeringen 1.1.1 Systeemwanden Systeemwanden maken gebruik van staanders met daartussen schotbalken. De schotbalken, boven en onder van rubber voorzien, worden tussen H-profielen vastgezet en vormen zo de waterkerende wand.
Figuur 1: systeemwand op fundering
Om de stabiliteit van de systeemwand te waarborgen kan een fundering nodig zijn. Als een hoogwatersituatie optreedt, kunnen de staanders in de funderingspunten bevestigd worden. De systeemwand wordt geïnstalleerd op de bovenkant van een bestaande keermuur of wand, of langs een (betonnen) wand. Omdat de systeemwand haar stabiliteit uit de inklemming van de staanders in de bestaande constructie haalt, is het van belang dat gelet wordt op de extra krachten op de bestaande constructie. Niet in elke situatie is het constructief verantwoord om de waterkerende hoogte met bijvoorbeeld een meter te verhogen. Figuur 2: GOH DPS 2000 systeemwand-detail
Systeemwanden kunnen ook opgezet worden zonder dat de staanders verankerd zijn in een bestaande constructie. In dit geval is het noodzakelijk de systeemwand te ondersteunen met schoren. Zo’n systeemwand kan aangemerkt worden als een tijdelijke waterkering. De ondergrond dient hier echter geschikt voor te zijn (verhard).
Het systeem is eenvoudig op te zetten, alhoewel een minimale training van het personeel wel gewenst is. Het systeem is arbeidsintensief. Volgens de fabrieksopgave van leverancier Jirlumar bv, systeem GOH DPS 2000, kunnen vijf personen een wand van 100 m lang en 2 m hoog in drie uur opzetten. Er zijn drie man nodig voor het opzetten van de verticale stijlen, de horizontale aluminium ‘planken’ zijn zeer handelbaar, het gewicht van een 3 m lang element is 20 kg. Er is geen zwaar materieel nodig bij het opzetten van de waterkering.
Schoren die een verstelbare voetplaat hebben voor een goede aansluiting met de ondergrond. De staanders worden tegen corrosie beschermd door een coating.
3
steigerbreedte toeneemt. Ook wordt het stroombeeld van de rivier niet of nauwelijks aangetast.
Dit soort systemen worden in Europa veel gebruikt en op sommige plaatsen ook in de V.S. In Nederland wordt dit systeem (fabrikant Jirlumar of GOH, systeem GOH DPS 2000) al jaren gebruikt bij hoogwater. Er wordt vooral gebruik van gemaakt in stedelijke gebieden, waar toegang tot de rivier gewaarborgd moet blijven en waar de te beschermen lengte van het achterland niet te groot is.
Dutchdam Dit systeem bestaat uit een fundering met daarop een uitklapbare waterkering. De fundering kan voorzien zijn van een kwelscherm, om onderloopsheid te voorkomen. Of er onderloopsheid op zal treden, is in belangrijke mate afhankelijk van de grondsoorten die aanwezig zijn in de ondergrond. Een van de belangrijkste redenen voor het toepassen van zo’n uitklapbare waterkering kan de bruikbaarheid van bijvoorbeeld een kade zijn. Ook het visuele aspect kan een belangrijke rol spelen.
De kosten van het systeem zijn hoog in vergelijking met andere typen waterkeringen, met als belangrijkste oorzaken de hoge materiaalkosten (aluminium) en de noodzaak van een grote, tegen diefstal beveiligde opslag. De hoge kosten worden gecompenseerd door de grote duurzaamheid en de lage installatiekosten. 1.1.2 Opklapbare waterkeringen Klapsteiger De klapsteiger wordt als flexibele waterkering in havens toegepast en lijkt in eerste instantie een gewone steiger, bestaande uit houten palen en een steigerdek. Onder het steigerdek bevindt zich het drijflichaam. Wanneer het waterpeil stijgt draait de steiger omhoog en doet dienst als waterkering.
Figuur 4: Dutchdam
Doordat het onderste deel van de kering de vorm heeft van een driehoek, is de constructie in principe stabiel. Een voorwaarde voor de stabiliteit is dat de ondergrond waarop de kering gezet wordt ook stabiel is, bijvoorbeeld een damwand. Het systeem is niet alleen als waterkering te gebruiken, maar ook als overloop. In deze functie kan een deel van de waterkering omlaag geklapt worden. De Dutchdam kan in veel verschillende situaties gebruikt worden als waterkering. Het systeem kan op een damwand gezet worden, of op een stenen keermuur, maar ook op een zomerkade of een andere dijkconstructie.
Figuur 3: Klapsteiger
In verticale stand wordt de belasting door de waterdruk overgebracht op de in de kade opgenomen steunberen. Om ervoor te zorgen dat de kerende wand verticaal blijft staan, is een grendelmechanisme voorzien. Dit systeem is in principe heel geschikt om langs een bestaande rivierkade gebouwd te worden. Het voordeel is dat de breedte van de kade met de
4
1.1.3 Opdrijvende waterkering
Onderloopsheid is een probleem dat op kan treden, afhankelijk van de samenstelling van de ondergrond, als er een verschil is tussen de buitenwaterstand en de binnenwaterstand. De mate van onderloopsheid is ook afhankelijk van de tijd dat het verschil in waterniveau bestaat.
Een nieuwe ontwikkeling op het gebied van flexibele waterkeringen is de opdrijvende waterkering. Deze opdrijvende waterkering maakt gebruik van het opdrijvende vermogen van bepaalde materialen.
De betrouwbaarheid van het systeem kan problemen opleveren, doordat de pijpen waardoor het water in de container moet stromen verstopt kunnen raken. Om dit probleem op te lossen is een pompcontainer ontwikkeld, die water in en uit de containers kan pompen. Het nadeel hiervan is dat er meer storingsgevoelige onderdelen in de waterkering komen te zitten.
Self Closing Waterdam Een van de weinige ontwikkelde systemen die werken als opdrijvende waterkering is de Self Closing Waterdam. Dit systeem bestaat uit een soort container die ingegraven wordt. In deze container zit het drijflichaam, die feitelijk het water gaat keren.
Het systeem is onder andere toegepast als kering in een coupure op een industrieterrein. 1.1.4 Opblaasbare waterkeringen Balgkering Een van de meest bekende opblaasbare waterkeringen is de waterkering in de vorm van een balg, die met water of lucht opgeblazen wordt en zo een kering vormt voor het water. De balg ligt in een betonnen bak, die in de kade of dijk verwerkt kan zijn. De bovenkant van de bak is afgedekt met een plaat, zodat er in rustende toestand geen waterkering zichtbaar is. De afdekplaat kan zo geconstrueerd worden dat die verkeersbelastingen op kan nemen.
Figuur 5: Schematische weergave werking opdrijvende waterkering
Bij laag water is de waterkering niet zichtbaar, bij hoog water wel. De kering werkt door het opdrijfprincipe volledig automatisch, ondanks dat er geen elektronica aan te pas hoeft te komen. Ook is geen mankracht nodig om de waterkering op te zetten. De kering verleent haar stabiliteit aan de inklemming in de bestaande constructie. Dit kan een groene kade zijn, zoals in de bovenstaande figuren. Dit kan ook een kade of damwand zijn. Als de verankering in de ondergrond goed is, is het gevaar voor kantelen niet meer aanwezig. De elementen van enkele meters lang zijn onderling koppelbaar, zodat de systemen zettingen en dergelijke in de ondergrond kunnen opnemen. Het systeem is leverbaar in vier verschillende afmetingen, met vier verschillende waterkerende hoogten.
Figuur 6: balgkering -stuw
5
Door de vorm van de balgkering en de eigenschap te kunnen vervormen zijn de krachten die opgenomen moet worden door de onderliggende constructie al gereduceerd. Voor het opzetten van de waterkering is nagenoeg geen mankracht nodig, met uitzondering van de altijd noodzakelijke controle. De balg wordt volgepompt met water. Na het tegenhouden van de hoogwatergolf wordt het water weer uit de balg gelaten en zakt de balg terug in de betonnen bak. De klep die door de opzwellende balg verticaal gezet is (als extra bescherming van de balg) moet met behulp van een kraan weer gesloten worden. Ervaringen met het systeem zijn wisselend. Kofferkering Een kofferkering bestaat uit een 1 m diepe betonnen bakconstructie die over de volle lengte van de dijk in de kruin van de waterkering of in de kade is aangebracht. De bak bevat een aantal opgevouwen flexibele waterdichte kunststofbuizen. Aan de bovenzijde is de bak afgedekt met een doorgaande stalen plaat. Wanneer de waterstand te hoog wordt, dan worden de buizen volgepompt met water. De buizen, die elk hun eigen pompvoorziening hebben, komen dan omhoog en vormen een doorgaande waterkering.
Figuur 7: kofferkering
6
1.2 Tijdelijke waterkeringen
logistiek. Zandzakken zijn zeer mobiel en kunnen bijna in elke vorm gelegd worden. Strobalen in combinatie met zandzakken worden ook gebruikt. Strobalen hebben een groter volume, maar laten wel water door. Strobalen kunnen als dam gelegd worden, met daarover een folie, verzwaard met zandzakken. Strobalen worden ook gebruikt om het overslaan van water tegen te gaan om het binnentalud daarmee tegen erosie te beschermen (in geval van een kade of dijk).
Niet alleen permanente, maar ook tijdelijke waterkeringen kennen een lange geschiedenis. In geval van nood wordt al lange tijd gebruik gemaakt van strobalen, zandzakken en dergelijke om dijken en kaden plaatselijk op te hogen totdat het hoogwater voorbij is. Tijdelijke waterkeringen zijn hoofdzakelijk uit noodzaak geboren constructies, die bestaan uit ter plaatse aanwezige materialen. Doordat de tijdelijke waterkeringen niet vaak gebruikt werden, was de noodzaak voor het optimaliseren van de constructie geen noodzaak. De laatste jaren echter is ook in Nederland steeds meer aandacht gekomen voor tijdelijke waterkeringen, dit met het oog op de hogere hoogwatergolven in de grote rivieren. Door deze vernieuwde aandacht voor tijdelijke waterkeringen zijn allerlei systemen op de markt in ontwikkeling die een mogelijke oplossing kunnen bieden voor tijdelijke waterproblemen. Het belangrijkste kenmerk van dit type waterkeringen is het tijdelijke karakter ervan. Voor een langere termijn biedt een tijdelijke waterkering geen goede oplossing, omdat de constructie niet gemaakt is om lange tijd het water te keren. Slijtende onderdelen, niet voldoende waterdicht en onderhoud maken een tijdelijke waterkering ongeschikt om voor lange perioden water te keren.
Figuur 8: zandzakken
Daarnaast zijn verschillende vulsystemen en automatische stappelsystemen ontwikkeld, zie onderstaand figuur.
Een ander belangrijk kenmerk is dat voor het plaatsen van tijdelijke waterkeringen geen of bijna geen constructieve voorbereiding nodig zijn. De meeste tijdelijke waterkeringen kunnen koud op de bestaande constructie gezet worden, zonder dat deze er aan vast gemaakt moeten worden. In andere gevallen moet van tevoren alleen een anker in de permanente constructie aangebracht worden. 1.2.1 Traditionele methoden Figuur 9: vul-systemen
Zandzakken en strobalen Zandzakken zijn al heel lang in gebruik als tijdelijke waterkering. Ze zijn makkelijk te transporteren en ter plaatse te vullen, of op een centraal punt te vullen en dan te transporteren. Zandzakken zijn redelijk handzaam, maar een dam van zandzakken vereist veel mankracht en een goede
Gronddammen In plaats van zandzakken wordt ook zand of grond gebruikt als waterkering. Op plaatsen waar de kade of dijk te laag is, wordt als noodvoorziening
7
een zand- of gronddam aangelegd. Deze methode vereist niet veel mankracht, maar daarentegen een grote inzet van materieel. De grondstof moet aangevoerd worden met vrachtwagens en er moet een kade van gemaakt worden met behulp van een shovel of mobiele graafmachine. Dit tupe waterkeringen kunnen alleen aangelegd worden op een plaats waar weinig stroming is, omdat zand- of gronddammen snel eroderen onder invloed van stromend water of golven. Daarbij zal een zanddam sneller eroderen onder invloed van golfslag dan een kleidam. Beide zullen moeilijk waterdicht te krijgen zijn. Na de hoogwaterperiode moet de tijdelijke waterkering weer verwijderd worden, dat de nodige inzet van materieel vereist. Het nadeel van vervuiling dat geldt voor de waterkering van zandzakken geldt ook voor een zand- of gronddam. De grond is dan beperkt herbruikbaar.
Figuur 11: floodbags en Sorbarix A20
1.2.2 Waterabsorberende zakken
1.2.3 Cellulaire of modulaire zandgevulde systemen
Water absorberende zakken bestaan voornamelijk uit een plastic of waterdoorlatend textiel met daarin een water absorberende stof (veelal een polymeer). Superabsorberende stoffen zijn materialen die, ook tegen de druk in, veel vocht kunnen opnemen (via osmose) en vasthouden. In sommige producten is absorberende stof al toegevoegd aan de zak in andere gevallen moet deze nog worden toegevoegd. Ze zijn uitermate flexibel inzetbaar, maar relatief duur in aanschaf. Zij worden voornamelijk ingezet voor kleine waterkerende doeleinden, bijvoorbeeld rond ingangen van gebouwen. Na gebruik moet in sommige gevallen de inhoud worden verwijderd in andere gevallen kan dat alleen via verdamping.
Big-bags Een variant op een zandzakkendam die de laatste jaren zijn dienst al heeft bewezen is een tijdelijke waterkering van big-bags. Big-bags hebben een 3 inhoud van 1m , zodat er snel een dam van gemaakt kan worden. Een nadeel van deze tijdelijke waterkering is dat het zand vervuild kan raken, zodat het moeilijk weer af te zetten is op de markt. Na het hoogwater kan men dus blijven zitten met een hoeveelheid (licht) vervuild zand.
Figuur 12: Big bags
Figuur 10:sandless sandbag
Ook bestaan er methoden om de zakken aan elkaar te maken door middel van een inwendig houten frame. Daarnaast is voor een lange dam veel
8
Corps of Engineers blijkt dat de installatietijd 10 tot 20 keer korter is dan bij zand-zakken en dergelijke, en dat de hoeveelheid mankracht met een factor 5 à 7 afneemt.
zand nodig en zwaar materieel om de Big-bags te vullen. Samen met het gewicht van de Big-bags kunnen deze voor instabiliteit en schade zorgen van de vaste kade. Gabion draadkubussen en Hesco Containers Gabions zijn geprefabriceerde cellulaire constructies, draadvormige kooien, die ter plaatse gevuld kunnen worden met steen of grond. Ze worden al jaren gebruikt als gewichtsdammen en in de waterbouw, als verdediging van oevers en voor het vastleggen van vaar- of stroomgeulen. Ook worden dit soort systemen (zogenaamde schanskorven) gebruikt om steile taluds te maken. Het gebruik van Gabions en dergelijke was dus hoofdzakelijk als permanente constructie. Hesco Containers zijn eveneens kooien van draad met daaromheen een kunststof weefsel en worden gebruikt als tijdelijke waterkering. Gabions en vergelijkbare systemen kunnen als tijdelijke waterkerende constructie gebruikt worden, zeker als een efficiënter alternatief voor zandzakken. Een van de producenten van dit systeem is Maccaferri. Een andere fabrikant van dit soort systemen is Hesco Containers. In Nederlands is een systeem bekend dat aangeduid wordt met uittrekbare kering.
Figuur 13: Opzetten cellulaire waterkering
Ter illustratie: een waterkering van 10 m lang, 1 m breed en 1 m hoog, bestaande uit Hesco Containers kan door 2 man in 20 minuten gebouwd worden. Om eenzelfde dam van zandzakken te maken zijn 1.500 zandzakken nodig, die door 10 man gevuld worden in 7 uur tijd. De Hesco Containers worden in dit geval wel gevuld met een shovel. Als gebruik gemaakt wordt van een zandzakkenvulmachine zal de zandzakkendam sneller gemaakt zijn, maar nog steeds niet in 20 minuten.
De belangrijkste eigenschap van het systeem is dat het opvouwbaar is, gemaakt van staaldraad met verticale verstijfde stijlen. Gevuld met steen of grond, kan het systeem dienen als tijdelijke dijk. Doordat de kooien niet volledig stijf zijn, kunnen oneffenheden in het terrein gevolgd worden. De waterdichtheid van het systeem wordt gewaarborgd door het gebruik van een geotextiel, dat over en voor de kooien gespannen wordt en door de vulling van de kooien zelf.
Het transport van cellulaire systemen is eenvoudig. 1 km waterkering (1 m breed; 1 m hoog) in opgevouwen toestand kan op een vrachtwagen die bij normaal gebruik een 40ft container vervoert.
De eenvoud van het ontwerp is een zeer goed punt van dit systeem. Ongetrainde personen kunnen dit systeem opzetten, terwijl alleen een getraind iemand nodig is om de operatie te leiden. Als er geen shovel of mobiele graafmachine beschikbaar is om de kooien te vullen, kunnen deze ook met de hand gevuld worden.
De kooien kunnen gestapeld worden, maar dit heeft als gevolg dat de onderste kooien deformatie gaan vertonen met als gevolg dat een bepaald percentage niet meer bruikbaar is. De mate van hergebruik is dus afhankelijk van de benodigde kerende hoogte.
Het belangrijkste voordeel van cellulaire systemen ten opzicht van traditionele manieren is de tijdwinst en het verminderde aantal personen dat nodig is om de kering op te zetten. Uit ervaringen van het US Army
Er dient vermeld te worden dat de benodigde opslagcapaciteit voor cellulaire systemen gering is. In opgevouwen toestand nemen ze niet veel
9
Type 135 500 Een variatie hierop is het Type 135 500 van de duitse firma HS Behältertechnik GmbH. Deze is wel in verschillende hoogte leverbaar, maar heeft geen beschermende plastic buitenwand.
ruimte in, en hebben ook geen overdekte of gesloten opslag nodig. Meestal worden ze op pallets in de open lucht gestapeld, zeker als er geplastificeerd staal gebruikt wordt en de geotextielen van goede kwaliteit zijn. 1.2.4 Cellulaire of modulaire watergevulde systemen Aqua Levee De AquaLevee is uit Amerika afkomstig en bestaat uit opvouwbare driehoekige kunststof elementen met daarin een kunststof zak die gevuld wordt met water en een gronddeken. De waterkerende hoogte van een element is ongeveer 60 cm. De elementen moeten afzonderlijk worden volgepompt met water. Om een waterkerende hoogte van 1 m te halen moeten 3 keer zo veel elementen worden toegepast. Daarnaast is het mogelijk om de constructie met behulp van ankers vast te zetten aan de ondergrond.
Figuur 15: Type 135 500
Dit cellulaire wordt gevuld met water in tegenstelling tot de andere cellulaire systemen. Het grote voordeel is dat geen vulmiddel hoeft worden aangevoerd en dat de stabiliteit verkregen wordt door het gewicht en de vorm van de constructie.
1.2.5 Betonnen of stalen verwijderbare barriers Van dit soort type waterkering zijn verschillende typen op de markt. Hierbij zijn veel traditionele civieltechnische constructies met verschillende installatieprocedures. Sommige hebben een beperkte toepassing op het gebied van het keren van water, andere typen zijn breed inzetbaar.
Zover bekend is de constructie nog niet in Nederland toegepast.
Richardsons beton en staal barrier De naam van deze barrier komt van de ontwerper ervan. Dit systeem is als eerste gebruikt ter bescherming van autowegen in de Verenigde Staten tegen hoog water. Het betonnen type is schematisch weergegeven in de figuur. Het bestaat uit geprefabriceerde betonnen elementen, met een hoogte van respectievelijk 0,75 m en 1,5 m. Deze elementen kunnen op elkaar gestapeld worden. De verbindingen worden gevormd door bouten en klemmen. Er zijn stutten nodig om de barrier te stabiliseren ten opzichte van de ondergrond. Figuur 14: Aqua levee
Er komt geen lekwater door de constructie, maar de hoeveelheid water die onder de barrier doorkomt is groot. Problemen kunnen ontstaan bij een zachte ondergrond. Het is niet duidelijk in welke mate het systeem oneffenheden in het terrein kan volgen, ook niet als gebruik gemaakt wordt van een geotextiel om de waterdichtheid te bevorderen.
10
Het systeem is erg moeilijk in elkaar te zetten door ongetrainde personen. Deze constructie behoeft zwaar materieel bij de installatie en is arbeidsintensief. Ook het transport vereist zwaar materieel. Pluspunten van het systeem zijn de variabele hoogte (stapelbaar) en de mogelijkheid tot het maken van bochten en hoeken, evenals de grote duurzaamheid. De investeringskosten zijn hoog, evenals de opslagkosten (voor de betonnen variant). De stalen variant kan opgevouwen worden en heeft dus aanzienlijk minder opslagruimte nodig. Tot nu toe zijn er weinig gegevens bekend over het functioneren van de waterkering in verschillende omstandigheden.
Figuur 17: wegen barriers
De stabiliteit wordt bij het systeem van Waterblock bv gewaarborgd door de barrier vast te zetten met spanbanden die aan de voor- en achterzijde van de waterkering vastgemaakt zijn aan van tevoren aangebrachte ankerpinnen.
Figuur 18: waterblock Figuur 16: richardsons barrier
De constructie is zeer eenvoudig en makkelijk op te zetten, hoewel er wel enig materieel nodig is om de constructie op te zetten, bijvoorbeeld een kleine heftruck. Ook is er voor transport zwaar materieel nodig. Dit beperkt de mogelijkheden, zeker in rotsachtige gebieden (berijdbaarheid) en in stedelijke gebieden (bereikbaarheid).
Jersey Highway Barriers/Waterbarrier De Jersey profielen zijn in Nederland vooral bekend als tijdelijke geleiderail in de wegenbouw (van kunststof of beton) of als permanente geleiderail onder kunstwerken. Deze barriers die gebruikt worden als waterkering zijn prefab gewapende betonnen barriers die gecombineerd kunnen worden met een polyethyleendoek om een goede waterkering te vormen.
Het systeem van de betonnen elementen heeft geen speciale opslagruimte nodig, een open terrein is voldoende. De barriers kunnen nauwelijks beschadigd worden tijdens het gebruik als waterkering, het polyetheendoek kan echter wel beschadigen. Hoe beter de kwaliteit van het doek, hoe kleiner de kans op beschadigingen.
Betonnen ‘lego-blokken’ Deze waterkering wordt gevormd door betonblokken van het systeem 2 MixZ. Deze blokken worden nu veel gebruikt om opslagbunkers voor
11
grondstoffen zoals zand, grind en bijvoorbeeld gips te creëren. Dit systeem kan gebruikt worden als permanente keermuur of als tijdelijke waterkering.
Figuur 20: HS 1 Figuur 19: betonnen ‘lego-blokken’
1.2.6 Samengestelde systemen
De stabiliteit van het systeem wordt verleend uit het grote gewicht van het systeem. Hier zit gelijk één van de nadelen: door het grote gewicht, zeker bij hogere waterkerende hoogten kan het systeem voornamelijk toegepast worden op verharde terreinen, in andersoortige ondergronden bestaat de mogelijkheid dat de ondergrond instabiel wordt en de waterkering gaat verzakken met als mogelijk gevolg het falen van de waterkering.
Portadam De Portadam is een stalen frame bedekt met een geotextiel dat zich uitstrekt tot de teen van het frame. Portadam is een semi-permanente constructie, omdat er ter ondersteuning van de stalen steunen een smalle betonnen fundering nodig is. De fundering is niet altijd nodig, als de waterkering toegepast wordt op een verharde ondergrond.
Het aanbrengen van een waterkering van dit soort betonblokken vereist de inzet van zwaar materieel, evenals het transport. Dit beperkt de inzetbaarheid van de waterkering aanzienlijk, aangezien niet overal de ruimte is voor dit soort waterkeringen of de ondergrond het transport niet aankan. Het systeem is voor meerdere functies inzetbaar. Opslagkosten worden daarmee uitgespaard en onderhouds- en aanschafkosten kunnen gedeeld worden. Het systeem is voor het eerst als waterkering gebruikt in Limburg door het waterschap Roer en Overmaas tijdens de hoogwaterperiode in het voorjaar van 2002.
Figuur 21: Portadam
Het opzetten bestaat uit het opstellen van de stalen frames (0,35 m uit elkaar), het vastzetten van de constructie met behulp van bouten, het verankeren, daarna het plaatsen van het geotextiel en als laatste het verzwaren van het geotextiel met behulp van zandzakken, keien en dergelijke. In Nederland zullen vooral de zandzakken gebruikt worden of betonnen elementen uit de bouw die gebruikt kunnen worden als verzwaring.
HS 1 en HS2 De Zwitserse firma KWS heeft een variatie hierop met betonnen opklapbare platen (type HS 1) en uitschuifbare platen (type HS 3). De constructies zijn echter zo zwaar (beton) dat ze eigenlijk onder de flexibele waterkeringen vallen.
12
geen extra versteviging nodig. Daarnaast bestaat het uit een beperkt aantal onderdelen. De flap folie aan de voorkant zorgt samen met de waterdruk voor de beperkte stabiliteit.
Onderloopsheid wordt voorkomen door het verlengen van het geotextiel (grotere kwellengte) aan de voorkant van de constructie, afhankelijk van de grondsoort ter plaatse. Het verlengen van het geotextiel is geen absolute garantie tegen het voorkomen van onderloopsheid. Ondanks de waterdruk op het op de grond liggende gedeelte van het geotextiel, kan het toch zijn dat er plooien in het doek zitten, dit vanwege de stugheid van het materiaal. De waterdichtheid van de constructie is geen 100% omdat de naden tussen de geotextielen dicht gehouden worden door wrijving als gevolg van de waterdruk. Gegevens uit referenties geven geen duidelijkheid over het gedrag van de geotextielen in snel stromend water. De mogelijkheid bestaat dat het doek gaat klapperen en schuiven, zeker voor het gedeelte van het doek dat op de grond ligt voor de kering.
Figuur 22: Rapidam
De handelbaarheid van het systeem is goed. Het is licht geconstrueerd en kan met de hand opgezet worden. Ook in geaccidenteerd terrein is dit type waterkering goed toepasbaar, doordat het niet uit (lange) stijve segmenten bestaat. Hierdoor kunnen ook gemakkelijk bochten en hoeken gemaakt worden. Een voordeel van dit type waterkering is dat het ook geplaatst kan worden in water, waarna het water aan één kant van de kering weggepompt wordt. Een nadeel is dat het systeem enige training vereist om op te kunnen zetten en veel mankracht, omdat het uit veel onderdelen en verbindingen bestaat. De startinvestering voor de Portadam is hoog. Duurzaamheid van het geotextiel kan een probleem zijn, het kan gewapend of verstevigd zijn, maar het is wel gevoelig voor beschadiging door drijvende objecten. Als er dikkere en stijvere folies gebruikt worden, hebben deze als nadeel dat ze minder handelbaar worden.
Figuur 23: Ducoda
Bij de Ducoda wordt eerst een sleuf gemaakt (met behulp van een tractor en een speciaal steekijzer). In de sleuf wordt de circa 30 cm brede ‘losse’ flap aangebracht. Om de 10 m wordt een nog opgerold Dudoca-segment neergelegd. De Dudoca-segmenten worden uitgerold, aan elkaar geritst en opgeklapt tot nooddijk. Afzonderlijke elementen worden aan elkaar geritst om een langer systeem te krijgen. Beide systemen zijn erg instabiel bij harde wind, zeker wanneer er nog geen water tegen staat.
De waterkerende hoogte van de constructie varieert van 1,5 m tot 2,1 m en 3,0 m. Rapidam/Dutch Convertible Dam De Rapidam en de Dutch Convertible Dam (Ducoda) hebben veel van elkaar weg. Ze bestaan uit een dubbelgeslagen folie met interne steunen. Het water wordt bij dit soort constructies gekeerd door de ‘holle’ kant. Hierdoor blijft de verticale waterdruk op het schuine deel beperkt en is
Watergate De Watergate is vergelijkbaar met de Rapidam en de Dutch Convertible Dam. Het grote verschil is dat de kerende hoogte van de constructie met
13
de hoogte van het water meebeweegt. Daarnaast heeft het geen harde delen en is daardoor in opgerolde toestand erg compact. De afzonderlijke delen zijn gemakkelijk aan elkaar te maken. Het grote nadeel is ook de instabiliteit bij harde wind en de mogelijkheid dat de flappen niet goed meebewegen met het stijgende water. De toepasbaarheid van het systeem is vooral het beschermen van woningen tegen wateroverlast. Figuur 25: Pallet, board en steel Barrier
Figuur 24: Watergate Figuur 26: Temporary GL system
Pallet, board en steel Barrier/Temporary GL system Evenals verschillende andere systemen zoals de Jersey barrier en de ‘lego blokken’ maakt de Pallet Barrier gebruik van bestaande onderdelen. In dit geval pallets, die in de transportsector in ruime mate voorhanden zijn.
Omdat de steunen een driehoekige constructie hebben, is de constructie op zich stabiel. Een voorwaarde hiervoor is wel dat de ondergrond de druk die er op uitgeoefend wordt kan verdragen. Het opzetten van de waterkering behoeft geen zwaar materieel, dit kan enkel met mankracht gedaan worden. Voor het transport van de pallets en dergelijke zijn wel vrachtwagens nodig. Als de lengte van de waterkering groot is, is een heftruck handig om al het materiaal te transporteren.
De constructie van de Pallet Barrier komt in grote lijnen overeen met die van de Portadam. Het systeem bestaat uit metalen steunen, die aan elkaar gekoppeld worden met koppelelementen. Op het raamwerk wat zo ontstaat worden pallets geplaatst. Over deze pallets wordt een geotextiel gelegd, dat met klemmen aan de pallets wordt bevestigd. Het geotextiel kan verzwaard worden met behulp van zandzakken of iets dergelijks zodat het niet door het stromende water los van de ondergrond komt.
De metalen steunen en de verbindingsmiddelen vergen opslag, de pallets kunnen betrokken worden bij transport- en logistieke bedrijven. De pallet barrier wordt in Zweden al geruime tijd toegepast. In Nederland is de Pallet Barrier een keer toegepast (provincie Zuid-Holland). Naast de pallet worden ook houten en ijzeren platen (idem GL system) gebruikt. Deze laatste twee zijn lichtere, maar duurdere uitvoeringen.
14
Water Wall Het Water Wall-systeem maakt gebruik van flexibele PVC-elementen die trapeziumvormig zijn. Het ontwerp van het systeem is zeer efficiënt. Door de hellende waterkerende kant, wordt de verticale waterdruk gebruikt als extra stabiliserende kracht die de kering op de ondergrond drukt, die extra wrijving oplevert. Ze zijn 60 kg per sectie, en flexibel inzetbaar zodat het terrein gevolgd kan worden.
Daarnaast bestaan er variaties op het gebruik van pallets zoals bijvoorbeeld de palletdam, waarbij ook gebruik gemaakt wordt van stutprofielen en folie.
Figuur 27: palletdam
Figuur 28: Water Wall
1.2.7 Water- of luchtgevulde geomembranen of plastic elementen
Een nadeel is dat er maar één formaat leverbaar is en dat de elementen niet gestapeld kunnen worden, dus de maximale hoogte is 1 m.
Watergevulde geomembranen zijn relatief nieuwe producten op de markt van tijdelijke waterkeringen. Ze zijn gebaseerd op het idee om water te keren met water. Dit soort waterkeringen wordt gevuld met water, wat in geval van hoog water altijd aanwezig is.
Gegevens over de stabiliteit zijn niet verkrijgbaar. Onderloopsheid wordt verminderd door een geotextiel voor de kering aan te brengen waardoor de kwellengte langer wordt. Lekkage door de constructie kan een probleem opleveren. Er zijn geen voorzieningen om dit probleem op te heffen.
Veel verschillende merken die beschikbaar zijn, zijn variaties op hetzelfde idee van een watergevulde kunststof buis die gebruikt wordt als waterkering.
De installatieprocedure bestaat uit twee stappen: een element wordt eerst volgepompt met lucht om het element vorm te geven, daarna wordt de lucht vervangen door water. De constructie is eenvoudig, er is geen speciaal materieel nodig, alleen de nodige mankracht. De enige voorbereidende werkzaamheden bestaan uit het verwijderen van scherpe delen op de ondergrond.
De watergevulde keringen kunnen onderverdeeld worden in verschillende typen: • •
Kubusvormige of elementvormige typen, zoals Water Wall en SWGI Mitigation HDPE Blocks; Buisvormige systemen, zoals de andere systemen die hier worden beschreven.
15
SWI Mitigation Systems Deze bouwstenen zijn zo ontworpen dat ze maar op één manier te stapelen zijn (idiot-proof-design). Hun gewicht is 45 kg per element. Hoeken en bochten kunnen makkelijk gemaakt worden. Verbindingen tussen de elementen zorgen ervoor dat water van het ene element naar het andere element kan stromen, zodat er maar op één plaats een pomp op de gestapelde wand gezet hoeft te worden.
Bij het transport kunnen problemen ontstaan, omdat de elementen in grote hoeveelheid aangevoerd moeten worden. Omdat de elementen niet opgevouwen kunnen worden, is ook een grote opslagruimte nodig. De aanschafkosten van het systeem zijn hoog. Dit geldt eveneens voor de benodigde opslag. De levensduur wordt geschat op 7 jaar, ondanks de resistentie tegen UVstraling en chemicaliën. Een variatie hierop is de AquaBarrier die niet gestapeld kan worden. Aansluiting van de verschillende delen kan bemoeilijkt worden als de ondergrond onregelmatig is. Daarnaast is het product evenals het voorgaande systeem erg volumineus. Er is niets bekend over hoekstukken of de mogelijkheid om bochten te maken.
Figuur 29: SWI Mitigation Systems
De waterkerende hoogte wordt opgegeven als zonder limiet, maar tijdens testen is alleen een waterkerende hoogte van 1 m geprobeerd (volgens gegevens uit 1998). Bij een hoogte groter dan 1 m werd deformatie van de onderste laag elementen waargenomen. Elementen kunnen vastgezet worden door 2 gaten in elk element. Verankering zal nodig zijn vanwege de lage glijweerstand door de gladde kanten. De flexibiliteit van het systeem is niet zo groot dat variaties in ruw terrein goed gevolgd kunnen worden.
Figuur 30: AquaBarrier
Watergevulde tubes Watergevulde kunststof tubes zijn in feite verplaatsbare gewichtsdammen. Het gewicht van het water zorgt voor de stabiliteit met betrekking tot schuiven. De vorm van de dam verandert onder invloed van de waterdruk.
Onderloopsheid kan een probleem zijn, er zijn geen voorzieningen getroffen om bijvoorbeeld de kwellengte te verlengen, maar een geotextiel kan hiervoor een oplossing bieden. Installatie van de waterkering gaat snel en eenvoudig, waarbij niet veel mankracht nodig is. Enige training van de mankrachten is wenselijk.
16
Waterlekkage door de constructie is niet of nauwelijks mogelijk. Dit omdat de tubes tegen elkaar aan geklemd zitten. De systemen hebben verschillende voordelen: •
•
Figuur 31: watergevulde tubes
Een probleem van dit type waterkering is niet zozeer het schuiven, als wel instabiliteit als gevolg van kantelen. De deformatie als gevolg van de horizontale waterdruk kan optreden onder invloed van golfaanval. Om dit te voorkomen zijn de buizen erg breed ten opzichte van de kerende hoogte. Ook is bij enkele systemen een externe scheidingswand aangebracht om de stijfheid te vergroten. Enige verankering om het rollen te voorkomen is dus wenselijk. Externe verankering is in de praktijk niet eenvoudig.
•
• •
De fabrikanten van Water Structures, AquaTube en Aquadam hebben gekozen voor een oplossing met twee binnentubes, die gevuld worden met water en bij elkaar gehouden worden door één buitentube. De binnentubes zijn gemaakt van relatief zacht en flexibel materiaal, terwijl de buitentube gemaakt is van duurzaam, stevig, relatief stijf materiaal. De wrijving tussen de binnentubes zorgt ervoor dat de waterkering niet kan gaan rollen. De buitentube zorgt voor de algehele stabiliteit.
•
Het Clemens-systeem bestaat uit verschillende tubes die aan elkaar gemaakt worden met riemen zodat een piramidevormige doorsnede ontstaat, die zeer stabiel is.
• • • • • • • •
•
Ze worden in veel verschillende maten geproduceerd. De gangbare maximale diameter is 1 m, maar tubes met een diameter van 3 m zijn ook verkrijgbaar. De verkrijgbare lengten zijn 15 m tot 30 m, maar ook grotere lengten zijn te bestellen. Hoeken en bochten kunnen gemaakt worden met behulp van flexibele koppelingen, zodat gesloten constructies en vormen gemaakt kunnen worden. Het verhogen van de waterkering is simpel, door het bijpompen van water zodat de tube in diameter toeneemt, of door het toevoegen van een extra tube, zoals bij het Clemens-systeem. De tubes zijn heel flexibel en kunnen in nagenoeg elk terrein worden toegepast. Alleen hellingen kunnen problemen geven. Bijna geen voorbereidende werkzaamheden nodig, alleen scherpe voorwerpen en obstakels moeten verwijderd worden. Ze zijn herbruikbaar en duurzaam in gebruik. De tubes kunnen bij beschadiging ter plaatse gerepareerd worden. Ook kan bij lekkage extra water ingepompt worden om het lek te compenseren. Zo verliest de waterkering haar functie niet. De tubes zijn veelzijdig, ze kunnen voor verschillende doeleinden gebruikt worden.
De nadelen zijn: Gevoeligheid voor lekkage door drijvende voorwerpen. Grote flexibiliteit van tubes met een grote diameter. Bij grote lengten kan rollen een probleem zijn. De stabiliteit onder golfslag kan een probleem zijn. Een grote breedte in verhouding tot de hoogte van de kering. Om de tubes te vullen zijn grote waterhoeveelheden nodig (pompen). Bij bezwijken, bezwijkt de hele lengte. Bij een lage temperatuur kan het bevriezen van de tubes een probleem zijn, bij het verplaatsen van de tubes kunnen deze in bevroren toestand beschadigen.
Extra ondersteuning kan verkregen worden door een hoeveelheid grond tegen de droge kant van de waterkering aan te leggen. De gronddruk wordt door de vorm van de kering gespreid, maar neemt toe met de toename van de kerende hoogte. Bij een zachte ondergrond kan de druk die uitgeoefend wordt door de waterkering te groot worden en de ondergrond bezwijken.
17
In vergelijking met andere systemen is de installatietijd kort. Volgens gegevens van het U.S. Army Corps of Engineers kan een Aqua-barrier van 33 m lang en 1,2 m hoog in 1 tot 1,5 uur aangebracht en volgepompt worden. De installatieprocedure is zeer eenvoudig en behoeft geen getraind of opgeleid personeel. Alleen bij grotere diameters is begeleiding gewenst. Er zijn geen zware machines nodig, niet voor transport en ook niet voor installatie van de waterkering (met uitzondering van de zeer grote diameters, voor hoge waterstanden). Een paar verplaatsbare pompen zijn nodig en een paar man om de waterkering te installeren. Figuur 32: luchtgevende tubes
Om de waterkering in stromend water te installeren, is meer mankracht nodig. Dit is echter niet als een nadeel gezien, omdat dit bij de meeste andere typen waterkeringen in dit rapport ook zo is, of die kunnen helemaal niet in stromend water opgezet worden.
Het gewicht van dit type waterkering is gering: een 10 m lang element van diameter 60 cm weegt slechts 50 kg. Dit kan dus makkelijk door twee personen verplaatst worden.
Het Clemens-systeem heeft als voordeel dat het kleine tubes zijn, dus makkelijker te verplaatsen en te installeren. Van het Clemens-systeem zijn weinig gegevens verkregen.
Onderloopsheid kan voorkomen worden door de slab van voldoende lengte te maken. Waterlekkage door de naden kan makkelijk voorkomen worden door gebruik te maken van koppelingen.
De investeringskosten zijn hoog, maar het systeem is herbruikbaar.
Het systeem is gebruikt op ondergronden van gravel, asfalt, gras en beton. Uit de productinformatie blijkt dat de diameter 60 cm is, maar dat de lengte kan variëren van 10 m tot 20 m.
Luchtgevulde tubes Een bekend systeem van luchtgevulde tubes is NOAQ-systeem. Het principe is eenvoudig: doordat de kering praktisch niets weegt, wordt de kering verankerd door het water wat op een slab drukt dat aan de voorzijde van de kering is bevestigd en daar op de bodem ligt. Er kan voor gekozen worden om onder deze slab nog een drainerend doek te leggen, zodat het water dat onder de slab komt afgevoerd kan worden. Het water onder de slab kan een probleem vormen bij een ondergrond die bijna geen water doorlaat. In dat geval kan de waterdruk onder de slab zo hoog worden dat het de verticale waterdruk op de slab als het ware opheft en dus ook de verankering van de waterkering.
Er zijn enkele aspecten die met enige voorzichtigheid bekeken moeten worden: •
•
18
De stabiliteit met betrekking tot het schuiven is afhankelijk van de weerstand tussen de ondergrond en de kunststof slab. Een toenemende waterhoogte moet dan ook resulteren in een langere slab. Een van de grenzen kan de treksterkte van de verbinding tussen de slab en de tube zijn. Het NOAQ-systeem kan niet direct langs een sterke stroom geplaatst worden. Volgens de fabrikant kan het systeem in ondiep water geplaatst worden, waarbij het water parallel aan de kering stroomt. Dit is op zich geen bijzonder nadeel, omdat de fabrikanten van de watergevulde tubes hetzelfde zeggen van hun systemen.
•
•
In snel stromend water kan de kunststof slab gaan klapperen. De waterdiepte is een kritisch aspect, bij onvoldoende waterdiepte is er onvoldoende druk op de slab om een goede verankering van de kering te garanderen. Om het klapperen tegen te gaan, kan het nodig zijn om de slab vast te leggen met zandzakken. Drijvende voorwerpen zijn een bedreiging voor het systeem, één lek doet het hele systeem bezwijken.
19
OVERZICHT WATERKERINGEN type kering 1
product
type kering web-sites
1.1 systeemwand
GL Flood Defence IBS
http://www.goh.de/ http://www.gltechnologies.co.uk/Pages /Demountable.htm http://www.hochwasserschutz.de/
http://www.dutchdam.nl/index.php
http://www.noortinnovations.nl/SCWindex.htm
http://www.proproject.nl/page51.htm
tijdelijke waterkeringen
http://www.greenonsite.nl/ http://www.waterborg.nl/index_handel sonderneming/sub/geosynthetics.htm
2.2 waterabsorberende zakken
sorbarix A20
http://www.ifdp.co.uk/products/sandba gs.html http://www.ifdp.co.uk/products/sandba gs.html
sandless Sandbag
http://www.sandbagsystems.com/
floodbags
http://www.portadam.com/
Dutch Convertible Dam
http://www.ducoda.nl/
Aquadam Aqua Dam
http://www.geomembranes.com/116
Aqua-Barrier
http://www.aquabarrier.com http://www.wateroverlast.com/index.ph p
Waterwall SWI Mitigation Systems AquaBarrier
Hesco Concertainer
http://www.hescobastion.com/CIVIL_S ITE/enter_civil.html
Big Bag
http://www.bigbagspecialist.nl/
http://www.noaq.com/lng-en/ http://www.usfloodcontrol.com/assemb ly.html http://www.wippsystem.com/ http://home.btconnect.com/riversidewater/flood.htm
mobiele waterdam
2.3 cellulaire zandgevulde systemen
http://www.ifdp.co.uk/products/demou ntableSystems.html
overige barriers
2.4 cellulaire watergevulde systemen Aqua Levee
Portadam
NOAQ Tube Wall US Flood Control Emergency Diversion Dams Water inflatede property protector
2.1 traditionele methoden
zandzakken/-slurven
http://www.floodguards.com/rapidam/r apidam.html
2.7 water of luchtgevulde systemen
kofferkering
zandzakken
http://www.waterblock.nl/ http://kwsstag.ch//systeme/hs1/index.html
Water-Gate http://www.water-gate.com Pallet, Steel and Board Barrier http://www.geodesign.se (Geodesign barrier) http://www.gltechnologies.co.uk/Pages Temporary GL System /GL_System.htm
1.4 opblaasbare of watergevulde waterkering
2
betonbever / Stalen barrier
Rapidam
1.3 opdrijvende waterkering
balgkering/stuw
http://www.haitsma.nl
Kws hs1, 2
klapsteiger
Self Closing Waterdam
step-barrier
2.6 samengestelde systemen
1.2 opklapbare waterkering dutchdam
web-sites http://www.hs-behaeltertechnik.de/
2.5 betonnen of stallen barriers
flexibele waterkeringen
DPS 2000
product Typ 135 500
De Multi Barrier http://www.aqua-levee.com
20
http://www.bedrijventekoop.nl/profiel.p hp?ref=5937
