Hydraulic Stability of Geotextile Sand Containers for Coastal Structures : Effect of Deformations and Stability Formulae
Softer and low cost protection alternatives, such as structures made of geotextile sand containers (GSC) are often used instead of more expensive and hard coastal structures made of concrete or rubble material. Although the effect of the deformations of the sand containers is significant, no stability formula is available to account for those deformations. To achieve a better understanding of the processes that affect the stability of GSC-structures several types of hydraulic model experiments and analyses were performed. The processes investigated were: (i) permeability of GSC-structures, (ii) wave-induced loads on the sand containers, (iii) wave induced flow on GSC-structures, (iv) internal movement of sand in the containers, (v) variation of contact areas among neighbouring GSCs during wave action, (vi) types of displacement of GSCs within a coastal structure and finally (vii) the effect of the deformations on the stability of GSC-structures. In addition, a flow model and two structural dynamic models were further developed, validated and applied towards a better understanding of the processes involved in the wave structure interaction. Based on the experimental and numerical results, analytical stability formulae that account for the deformation of the individual GSCs for each type of observed displacement are developed. Stability formulae for each type of coastal structures made of geotextile sand containers such as breakwaters, revetments, dune reinforcement and scour protection systems are proposed.
Ein Konzept, die Dünenerosion und somit deren Funktionsverlust zu verhindern, stellt die Dünenverstärkung durch Geotextilien dar. Neben dem lagenweisen Einbau des Geotextils besteht die Möglichkeit, den lokal vorhandenen Sand in geotextilen Containern zu verpacken, die den Kern der Düne bilden. Haupthindernis für den verstärkten Einsatz geotextiler Sandcontainer (GSC) bildet dabei das Fehlen zuverlässiger Bemessungsgrundlagen, die die Verformung der Sandcontainer und die hydraulischen Prozesse, welche die Stabilität beeinflussen, berücksichtigen. Numerische und experimentelle Untersuchungen waren daher unverzichtbar, um physikalisch begründete Bemessungsansätze zu entwickeln. Am LWI wurden Modellversuche durchgeführt, um die auftretenden hydraulischen Prozesse zu untersuchen: (i) Durchlässigkeit der Küstenbauwerke aus geotextilen Sandcontainern; (ii) Interaktion von Welle und GSC-Struktur; (iii) welleninduzierte Kräfte auf die GSC; (iv) Bewegungen des Sandkerns im Inneren der GSC; (v) Versagensformen der GSC infolge welleninduzierter Kräfte und (vi) Einfluss der Verformung des Containers auf die Stabilität. Zusätzlich wurden alle physikalischen Prozesse durch numerische Modelle simuliert, um die Interaktion der verschiedenen Prozesse zu untersuchen. Zwei numerische Modelle wurden benutzt: (i) ein RANS-VOF-Modell (Reynolds Average Navier Stokes and Volume of Fluid), und (ii) ein struktur-dynamisches gekoppeltes FEM-DEM-Modell (Finite and Discrete Element Method). Die Ergebnisse der Modellversuche und der numerischen Simulationen haben beigetragen, das Verständnis des Gesamtbildes der physikalischen Prozesse, die die Stabilität beeinflussen, maßgeblich zu verbessern und zuverlässige Stabilitätsformeln für Strukturen aus geotextilen Sandcontainern unter Berücksichtigung der Verformung der Container zu entwickeln.
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