Details

In Nederland zijn in de periode voor 1930 duizenden kribben aangelegd om de vaargeul op diepte te houden, om ijs te geleiden en om de rivieroever te beschermen. Door de voortschrijdende erosie van de rivierbodem zullen sommige van deze kribben aangepast moeten worden. Ook hebben kribben onderhoud nodig. Vanwege de laagsgewijze opbouw van traditionele kribben zijn aanpassing en onderhoud kostbaar. Daarom is door het innovatieteam SSRS (Self Supporting River Systems) een innovatieve oplossing beproefd in de IJssel bij Kampen: een flexibele krib. Een flexibele krib is een krib die wordt opgebouwd met Xstream-elementen. Deze worden vanaf de waterlijn gestort en liggen direct op de waterbodem zonder tussenlaag. Een element (26,8 kg) heeft zes uitstekende punten, waardoor de gestorte Xstream-elementen in elkaar haken. Een krib van Xstream-elementen is eenvoudig aan te passen en wordt daarom een flexibele krib genoemd. Wanneer onderhoud nodig is, kunnen Xstream-elementen eenvoudig bijgestort worden. Het onderzoeksdoel 2 was om te evalueren hoe een flexibele krib functioneert in vergelijking met traditionele kribben. Om dat onderzoeken is een flexibele krib verlengd in de buitenbocht van de IJssel ter hoogte van Kampen, zodat die een vergelijkbare lengte heeft als nabijgelegen traditionele kribben. Onderzoeksvragen zijn beantwoord op basis van veldmonitoring gedurende ruim een jaar, schaalmodelproeven, numerieke modelsimulaties en theorie. Daarnaast zijn een Multi-criteria analyse, een levenscyclusanalyse en een Stakeholder Readiness Level analyse uitgevoerd om inzicht te krijgen in de duurzaamheid en organisatorische uitvoerbaarheid. Uit de resultaten blijkt dat een flexibele krib vergelijkbaar functioneert als een traditionele krib op gebied van stroomgeleiding. Dit blijkt onder meer uit stroomsnelheidsmetingen bij een hoger dan gemiddelde afvoer. Het ruimtelijk patroon van de stroomsnelheid bij de flexibele krib is vergelijkbaar met het patroon bij de omliggende traditionele kribben. Ook blijkt uit die meting dat de doorlatendheid van de flexibele krib beperkt is. De krib vervulde de functies van stromingsgeleiding naar de vaargeul en oeverbescherming. Bij hoge afvoer zijn geen metingen uitgevoerd, maar is het gecombineerde effect van de doorlatendheid, hogere ruwheid en steile taludhelling van de flexibele krib ingeschat met een schaalmodelproef en numerieke berekeningen. Hieruit volgt dat de weerstand van een flexibele krib hoger is bij gelijke lengte tot de teen. Voor de geëvalueerde flexibele krib is de lengte tot de teen korter (en de lengte tot de kruin langer) dan bij nabijgelegen traditionele kribben. Mogelijk is deze lengte voldoende om de functies te vervullen en is door de kortere lengte tot de teen de weerstand niet hoger dan bij omliggende kribben. Wat betreft erosie nabij de kribkop, is gebleken dat een jaar na de verlenging de erosiekuil nabij de flexibele krib minder diep is dan bij de omliggende traditionele kribben. De erosiekuil kan echter nog dieper worden, zeker na een hoog water. Het valt op dat in het kribvak benedenstrooms van de flexibele krib een scherpe ‘aanzandingsrand’ is gevormd die ontbreekt in kribvakken van omliggende traditionele kribben. Deze effecten op de bodemligging zullen worden veroorzaakt door de steilere taludhelling, hogere ruwheid én de doorlatendheid van de flexibele krib. De levenscyclusanalyse voor de grondstoffen, transport en aanleg laat zien dat een flexibele krib een duurzaam alternatief is voor een traditionele krib. De voornaamste reden is dat door de steile taluds (1:1, terwijl een traditionele krib vaak taluds heeft van 1:3) en door de open structuur (40% massieve delen) substantieel minder materiaal nodig is. In de levenscyclusanalyse is gerekend met Xstream-elementen van CEM III beton, waarvoor minder cement nodig is dan voor gangbaar beton. Dit mengsel is gebruikt voor een deel van verlenging, en is voldoende sterk gebleken voor deze toepassing. Momenteel zijn de productiekosten aanzienlijk hoger voor een flexibele krib. Dit kan door een effectievere productie en door opschaling in volume veranderen. Het ontwerp van de verlenging is technisch uitvoerbaar gebleken. De verlenging vond plaats bij een lager dan gemiddelde waterstand. Onder deze condities kon 1 meter verlenging ongeveer in 1 uur gerealiseerd worden. Een aanpassing van een traditionele krib zal waarschijnlijk in den droge moeten worden uitgevoerd en duurt substantieel langer dan voor een flexibele krib. Eerste ecologische inventarisaties geven aan dat een flexibele krib mogelijk meerwaarde heeft door het grotere oppervlak hard substraat (hechtoppervlak) en door de open ruimten (voortplantings- en- schuilmogelijkheden). Aanbevelingen die uit deze studie volgen zijn om meerdere traditionele kribben te vervangen door flexibele kribben en deze voor meerdere jaren te monitoren. Dit is nodig om oorzaken van waterstandstoename bij hoge afvoer (steilere taludhelling en hogere ruwheid van de flexibele krib) beter te begrijpen. Bovendien geeft dit meer duidelijkheid over hoeveel de productiekosten flexibele krib naar beneden gebracht worden bij opschaling. Daarnaast wordt aanbevolen om de ecologische inventarisaties voort te zetten en ook uit te voeren bij de omliggende traditionele kribben.

In the Netherlands, thousands of groynes were constructed in the pre-1930 period to maintain the depth of the fairway, guide ice and protect the river bank. As the river bed has eroded, some of these groynes will need to be modified. Groynes also need maintenance. Because of the layered structure of traditional groynes, maintenance and adaptation are costly. Therefore, the innovation team SSRS (Self Supporting River Systems) tested an innovative solution in the IJssel near Kampen: a Xstream-bloc groyne. A Xstream-bloc groyne is a groyne constructed with Xstream elements. These are poured from the waterline and lie directly on the water bed without an intermediate layer. One element (26.8 kg) has six protruding points, through which the poured Xstream elements hook into each other. A groyne made of Xstream elements is easily adjustable and is therefore called a Xstream-bloc groyne. When maintenance is required, Xstream elements can be easily refilled. Research goal 2 was to evaluate how a Xstream-bloc groyne functions compared to traditional groynes. To investigate that, a Xstream-bloc groyne was extended in the outer curve of the IJssel River near Kampen, so that it has a similar length to nearby traditional groynes. Research questions were answered based on field monitoring for over a year, scale model tests, numerical model simulations and theory. In addition, a multi-criteria analysis, a life cycle analysis and a Stakeholder Readiness Level analysis were conducted to understand sustainability and organisational feasibility. The results show that a Xstream-bloc groyne functions similarly to a traditional groyne in terms of flow conduction. This is evident from, among other things, flow velocity measurements at higher than average discharge. The spatial pattern of flow velocity at the Xstream-bloc groyne is similar to the pattern at surrounding traditional groynes. That measurement also shows that the permeability of the Xstream-bloc groyne is limited. The groyne performed the functions of flow guidance to the fairway and bank protection. At high discharge, no measurements were taken, but the combined effect of the permeability, higher roughness and steep slope of the Xstream-bloc groyne was estimated with a scale model test and numerical calculations. It follows that the resistance of a Xstream-bloc groyne is higher at equal length to the toe. For the evaluated Xstream-bloc groyne, the length to the toe is shorter (and the length to the crest longer) than for nearby traditional groynes. It is possible that this length is sufficient to fulfil the functions and the shorter length to toe does not increase resistance compared to surrounding groynes. Regarding erosion near the groyne head, it was found that one year after the extension, the erosion pit near the Xstream-bloc groyne is less deep than at surrounding traditional groynes. However, the erosion pit may become deeper, especially after a high water. It is noticeable that in the groyne section downstream of the Xstream-bloc groyne, a sharp 'sandy edge' is formed that is absent in groyne sections of surrounding traditional groynes. These effects on bedding will be caused by the steeper slope, higher roughness as well as the permeability of the Xstream-bloc groyne.
The life cycle analysis for raw materials, transport and construction shows that a Xstream-bloc groyne is a sustainable alternative to a traditional groyne. The main reason is that its steep slopes (1:1, while a traditional groyne often has slopes of 1:3) and its open structure (40% solid parts) require substantially less material. In the life cycle analysis, Xstream elements of CEM III concrete were calculated, which requires less cement than conventional concrete. This mixture was used for part of extension, and proved to be sufficiently strong for this application. Currently, production costs are significantly higher for a Xstream-bloc groyne. This could change through more effective production and by scaling up in volume. The design of the extension was found to be technically feasible. The extension took place at lower-than-average water levels. Under these conditions, 1 metre of extension could be achieved in about 1 hour. A modification of a traditional groyne will probably have to be carried out in the dry and will take substantially longer than for a Xstream-bloc groyne. Initial ecological surveys indicate that a Xstream-bloc groyne may have added value due to the larger area of hard substrate (bonding surface) and due to the open spaces (breeding and sheltering opportunities). A recommendation that follows from this study is to replace several traditional groynes with flexible groynes and monitor them for several years.