Golven en golfdemping aan de Surinaamse mangrovenkust Katholieke Universiteit Leuven Faculteit Ingenieurswetenschappen Departement Burgerlijke Bouwkunde Golven en golfdemping aan de Surinaamse mangrovenkust Promotoren: Prof. J. Monbaliu Prof. E. Toorman Everaert Joran Grochowczak Joachim

Inhoud Het project De Surinaamse kust Opdracht Suriname Golfmodellen Thixotropie Besluiten Toekomstig onderzoek

Het project VLIR i.s.m. AdeKUS Kennisopbouw Kustmodel ter ondersteuning van het kustzonebeleid Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

De Surinaamse kust Gekenmerkt door migrerende modderbanken Demping van golven  bescherming van de kust Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

Opdracht Suriname Toestellen Frames Metingen 2 ADV’s AWAC 2 OBS’en ASM Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

Golfmodellen Golven over een modderbodem dempen uit Demping onder invloed van 3 factoren: Bodemwrijving Percolatie Beweging van de modderbodem onder invloed van de dynamische druk (elastisch, plastisch of viskeus) Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

Gade (1958) Tweelaags systeem: Veronderstellingen: Niet-viskeus water Vloeibare modder met hoge viscositeit Veronderstellingen: Ondiep water Golven zijn klein t.o.v. de waterdiepte  verticale snelheden kunnen verwaarloosd worden Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

Dalrymple & Liu (1978) Tweelaags systeem: Bovenste laag bezit WEL viscositeit Veronderstelling ondiep water valt weg!  verticale versnellingen kunnen beschouwd worden D&L meer algemeen toepasbaar Viscositeit bovenste laag weinig invloed Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

Hsiao & Shemdin (1980) Vloeibare modder vertoont belangrijke elastische eigenschappen  visco-elastische modellen Modderbodem = Kelvin-Voigt lichaam Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

Andere lineaire modellen Jiang (1993): visco-elastisch model Mei & Liu (1989): visco-plastisch model (Bingham model) Visco-plastisch model: de modder gedraagt zich als een vaste stof bij lage spanningen en vloeit als een viskeuze vloeistof vanaf een zekere kritische vloeispanning Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

Niet-lineaire modellen Golfdemping = reeks gebeurtenissen: Elastische vervormingen in de modder Spanningen bouwen op tot de sterkte van de bodem bereikt wordt Deel van de modderbodem faalt (= vervloeit) Experimenten (Chou, 1993): Modders vertonen niet-lineair gedrag, d.w.z. de eigenschappen zijn afhankelijk v/d vervormingstoestand ! Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

Niet-lineaire modellen Foda (1993) = niet-lineair visco-elastisch model Modderbodem verdeeld in 2 lagen: Visco-elastische laag Elastische laag Dikte van bovenste modderlaag? elastische vervorming = kritische vervorming Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

Thixotropie Wat is thixotropie? Afnemen van de viscositeit onder schuifspanning, toenemen van de viscositeit bij wegnemen schuifspanning. Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

Thixotropiemodel Thixotropie Dynamische viscositeit  = structuurparameter e = structuurparameter bij evenwicht 0 = kritische schuifspanning intacte structuur  = dynamische viscositeit gebroken structuur Lambda: 0 = volledig gebroken, 1 = volledig gestructureerd Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

Thixotropiemodel (2) Structureel model a, b en e = Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

1D thixotroop model Enkel de modderlaag Oplossen van met (z,t) Enkel de modderlaag Oplossen van met (z,t) U(z,t); μ(z,t) d z Wegens enkel modderlaag en opgelegde SNELHEID  geen drukgradiënt, valt dus weg Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

1D thixotroop model (2) Randvoorwaarden Ruimte Tijd U(0,t)=Usin(t) U(d,t) = 0 Tijd (z,0) = 1 Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

1D thixotroop model (3) Discretisatie Bereken U(z,t)  (z,t)  λ(z,t)  μ(z,t) . Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

1D thixotroop model (4)

Besluiten :: Golfmodellen Surinaamse fijne sedimenten:  bodemwrijving verwaarlozen  percolatie verwaarlozen Visco-elastisch model (bv. Hsiao & Shemdin (1980)) zal wellicht beter presteren dan bv. model van Gade (1958). Niet-lineaire modellen = betere benadering van de fysische realiteit Extra commentaar bij: Waarom niet-lineaire modellen: Ondanks het feit dat lineaire modellen goede overeenkomsten tonen met veldmetingen (Hsiao & Shemdin, 1980) zal een verbetering gevonden worden in het toepassen van niet-lineaire modellen. Elasticiteit inbrengen! Waarom? Hsiao & Shemdin vergeleken de modellen van Gade en van Dalrymple & Liu met het model van Hsiao & Shemdin en met meetresultaten van Tubman & Suhayda (1976) in East Bay, Louisiana. Modellen zoals Gade en D&L overschatten de golfdemping en dit kan verholpen worden door elasticiteit in te brengen (dus H&S !!). MacPherson heeft hiervoor een verklaring: als er geen rekening gehouden wordt met elasticiteit zijn er geen krachten die het bed terug in zijn oorspronkelijke positie terugbrengen, dus grotere oscillaties in het bed, dus grotere demping! Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

Besluiten :: Veldonderzoek Technische ondersteuning ter plaatse Plaatsen frames vanop water Aanbevelingen toekomstige campagnes Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

Toekomstig onderzoek Thixotropie in 2D golf-interactiemodel implementeren Validatie a.h.v. meetgegevens Het project  De Surinaamse kust  Opdracht Suriname  Golfmodellen  Thixotropie  Besluiten  Toekomstig onderzoek

Bedankt voor uw aandacht. Vragen?