Nav de Tsunami ramp in het midden oosten hebben veel partijen activiteiten ondernomen om dit fenomeen verder te onderzoeken, met als eind doel een alarm of beschermings systeem. In dit kader heeft een afstudeer groep van Hogeschool Zuyd bij Van den Noort Innovations B.V een onderzoek verricht. Op verzoek van Natuurwetenschappen.nl zijn zij bereid geweest onderstaande artikel te verzorgen over dit rampzalige fenomeen.
Voorwoord namens de opleiding
In het voorjaar van 2006 hield de heer J.H.R. van den Noort van Van den Noort Innovations bv een geslaagde lezing over zijn innovatieve civiel technische uitvindingen en toepassingen. O.a. beschreef hij een door hem bedachte Tsunami-barrier als een mogelijk werkend systeem. Met het tsunami leed van de kerst 2004 nog vers in het geheugen was het aantrekkelijk om via een afstudeeropdracht te onderzoeken of deze barrier zou functioneren en constructief en funderingstechnisch haalbaar was.
Twee ambitieuze studenten, Maurice Janssen en Kevin Swinkels, hadden lef genoeg om dit te willen doen. Wij, als begeleiders, aarzelden gezien de voor HBO-studenten verwachte flinke moeilijkheidsgraad, maar stemden toch toe.
Gelukkig maar, want het werk is volgens ons een succes geworden en de conclusies zijn verrassend en veelbelovend. Een volgende afstudeergroep is al bezig met een vervolgonderzoek.
Het was een genoegen deze twee studenten te begeleiden,
Ir. J.J.M. Houben en ir. B. Ziekenheiner,
Docenten Civiele Techniek, Faculteit Bouw, Hogeschool Zuyd.
Beschrijving van een tsunami golf
Een tsunami is een serie golven die een volume water verplaatst en een hoeveelheid energie. Tsunami’s verschillen in deze van een windgolf, waarin de waterdeeltjes slechts een orbitale beweging beschrijven. Tsunami’s worden veroorzaakt door elk verschijnsel waarbij een volume water uit zijn evenwicht wordt gebracht (bijvoorbeeld een aardbeving, aardverschuiving, vulkaanuitbarsting, meteorietinslagen etc.). Een tsunami golf kan zich op 2 manieren vanaf de bron verplaatsen: met het dal (negatieve golf) van de golf vooruit of met de top (positieve golf) van de golf vooruit. Elk dal wordt echter gevolgd door een top en elke top wordt weer gevolgd door een dal. Als het dal eerst aankomt, ervaren de kustbewoners dit als het wegzuigen van het water van het strand. Als de top eerst aankomt uit dit zich in het overstromen van het land.
Figuur 1[1] maakt duidelijk hoe een tsunami zich opbouwt. Naarmate de tsunami de kust nadert, bouwt deze zich in hoogte op. Dit kan worden verklaard met de continuïteitswet: het volume water dat verplaatst wordt in de tsunami op een diepte van 4 km moet ook worden verplaatst bij een diepte van 10m.
Het water in een tsunami verplaatst zich over de hele diepte. In het dal (negatieve deel van de golf) verplaatst het water zich tegengesteld aan de richting van de golf. In de top (positieve deel van de golf) verplaatst het water zich in dezelfde richting als de tsunami.
Lees meer….
De Tsunami Barrier
Van den Noort Innovations BV heeft een kering bedacht, de Tsunami Barrier, die de gevolgen van een tsunami-golf op de kust zou kunnen reduceren. De kering bestaat uit een beweegbare klep die middels een fundering aan de zeebodem wordt verbonden. De klep zal in normale toestand op de zeebodem rusten op ongeveer 200 m tot 300 m uit de kustlijn. De Tsunami Barrier van Van den Noort Innovations BV is gebaseerd op een tsunami die water onttrekt aan de kust (een negatieve tsunami). Bij een dergelijke tsunami ontstaat er een landafwaartse stroming. De landafwaartse stroming zal de kering omhoog drukken, het niveauverschil van de waterspiegel zal de klep omhoog houden. Omdat de tsunami geen water meer kan onttrekken aan de kust, zou hij zich niet verder in hoogte en kracht kunnen opbouwen. Doordat de kering omhoog staat zal een deel van de kracht van de naderende (positieve) tsunami-golf nog verder gereduceerd worden.
.jpg)
De Tsunami Barrier is vooral bedoeld om dichtbevolkte gebieden te beschermen en niet om honderden kilometers lang gestrekte kustlijn te beschermen omdat dit gewoonweg economisch niet haalbaar zal zijn. De Tsunami Barrier kan worden toegepast in baaien. Het is ook mogelijk de Tsunami Barrier bij een gestrekte kustlijn te plaatsen. De Tsunami Barrier kan dan tussen kunstmatig aangelegde pieren geplaatst worden.
Onderzoek
Afstudeergroep Maritimus engineering, opleiding Civiele Techniek aan de Hogeschool Zuyd te Heerlen, heeft onderzoek verricht naar de werking van de Tsunami Barrier. Om meer inzicht te krijgen in het fenomeen tsunami is een literatuurstudie uitgevoerd. Met behulp van de literatuurstudie zijn de eigenschappen van een “standaard tsunami” beschreven die bij de ingang van de baai van Patong zou kunnen voorkomen. De “standaard tsunami” vormt de basis voor de berekeningen in dit rapport.
Om de werking van de Tsunami Barrier vast te stellen is een modelonderzoek uitgevoerd. Het modelonderzoek is in het hydraulicalaboratorium van de opleiding Civiele Techniek, Faculteit Bouw, aan de Hogeschool Zuyd te Heerlen uitgevoerd. Tijdens het modelonderzoek is alleen onderzoek gedaan naar de klep van de Tsunami Barrier en niet naar de fundering. Door het toepassen van eenvoudige schaalwetten konden de eigenschappen van het schaalmodel worden vertaald naar een model op ware grootte.
Met behulp van een multicriteria analyse is het materiaal constructiestaal gekozen om de klep van te maken. Het constructiestaal is een uitgangspunt voor het bepalen van de dimensies van de klep. Gekozen is voor een holle, stalen klep, die gevuld is met polystyreenschuim om er zo voor te zorgen dat bij lekkage van de klep het opklappend vermogen (afhankelijk van het volumieke gewicht) behouden blijft. De dimensies van de klep zijn globaal bepaald, de dimensies van de fundering globaal bepaald zodat aan het evenwicht wordt voldaan.
Conclusies en aanbevelingen van het onderzoek
Een tsunami is opgebouwd uit twee delen, namelijk de top (positieve deel van de tsunami), die verantwoordelijk is voor het grootste deel van de schade op het land, en de negatieve tsunami, die verantwoordelijk is voor het wegzuigen van het water vanaf de kust. Maritimus engineering adviseert de Tsunami Barrier verder te ontwikkelen voor de positieve tsunami. Hierbij dient de Tsunami Barrier omgedraaid te worden ten opzichte van wat in figuur 2 is aangegeven.
Vanwege de grote afmetingen van de benodigde fundering adviseert Maritimus engineering een ander type fundering toe te passen, zoals een paal- of caissonfundering.
Een gebroken tsunami oefent een grotere kracht uit op voorwerpen die erdoor worden getroffen dan dat een ongebroken tsunami erop uit zou oefenen. Maritimus engineering adviseert de Tsunami Barrier buiten het gebied te zetten waar de tsunami golf brekende is, uitgaande van de ‘standaard tsunami’, bijvoorbeeld 12,5 m. Dit in verband met de kracht op de Tsunami Barrier die aanzienlijk groter zal zijn indien deze getroffen wordt door een gebroken tsunami.
De mate waarin reflectie van de tsunami optreedt is afhankelijk van de hoogte van de klep boven de stilwaterlijn ten opzichte van de amplitude van de tsunami. Als geldt dat de hoogte van de klep boven de stilwaterlijn groter of gelijk is aan twee maal de amplitude van de tsunami, treedt 100% reflectie op.
De amplitude van de tsunami is afhankelijk van de waterdiepte. Des te ondieper het water, des te groter is de amplitude. Maritimus engineering concludeert dat het zinvol is de Tsunami Barrier zo diep mogelijk te plaatsen, omdat de hoogte van de klep boven de stilwaterlijn dan zoveel mogelijk beperkt kan worden.
Er zal onderzoek verricht moeten worden naar het optimum van de volumieke massa van de klep. Des te kleiner de volumieke massa van de klep is, des te sneller deze omhoog zal komen als een tsunami passeert. Er zal echter rekening gehouden moeten worden met het opklappen van de klep ten gevolge van stromingen met een andere oorzaak dan een tsunami.
Bronvermelding
[1] ANP/RD (Algemeen Nederlands persbureau /Reformatorisch dagblad) – www.anp.nl pagina van het Nederlandse persbureau.
Auteurs:
Hogeschool Zuyd Afstudeergroep 1 2006-2007:
Maurice Janssen
Kevin Swinkels
Additionele copyright vermelding: Niets van dit artikel mag, in welke vorm dan ook, overgenomen worden zonder schriftelijke toestemming van de auteurs & Van den Noort Innovations B.V.
