Repair of Dolos breakwaters with larger layered Dolos units
Date
2022-12
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: The original design conditions of many breakwaters are being exceeded, due to amongst others,
climate change, which is causing an increase in storm duration, wave heights and water depth. Thus,
more and more breakwater failures are occurring, which need to be repaired. Three breakwater
failure case studies were evaluated. In the evaluation it was found that the reason these breakwaters
failed was due to errors during the design, during construction and implementation, and during the
post construction period. For example, using inaccurate or unvalidated input data during the design
process, incorrect consideration of environmental conditions, using substandard construction
materials, and not incorporating sustainable development considerations to do with climate change.
Irrespective of the reason for the failure of the breakwater, there is always a possibility for the
breakwater to fail or suffer damage and thus need repairs. Research was conducted on selected repair
options that have been previously tested or considered as suitable repair methods.
The objective of this study wasto evaluate different repair methods, which can be used for a damaged
Dolos breakwater and test if the repair can be done with larger Dolos units packed in different ways.
The study evaluated three Dolos sizes and three repair packing methods. A physical model study was
then designed to test whether repairing a Dolos breakwater with Dolos units in the size increments of
10%, 30% and 100% larger nominal diameters were feasible. The first and second repair methods were
to pack repair units in a single or double layers respectively over an existing damaged Dolos
breakwater. The third method was to construct a new underlayer over the damaged structure and
then placing a double layer of the repair units over thisstructure. The layering of units over the existing
structure is chosen instead of removing the existing armour units due to the high cost associated with
the removal, transport, and disposal of armour units from an existing structure.
The physical model tests included repeatability and storm duration tests as the preliminary tests of
the model. These were done to ensure that the results of the repair method tests were reliable with
the correct number of waves being used per wave height. The wave height was the only variable
changed during the repair method tests to evaluate how effective each repair method and the repair
unit was.
The results showed that the effect of the interlocking based on the repair unit sizes is negligible
compared to the effect of the mass of the repair armour unit. This contradicted the assumption that
the smaller repair units interlocking with the existing structure would provide sufficient protection
against new wave damage.
AFRIKAANS OPSOMMING: Die oorspronklike ontwerptoestande van baie bestaande golfbrekers word oorskry, onder andere weens klimaatsverandering wat ‘n toename in stormduur, golfhoogtes en waterdiepte veroorsaak; daarby word al hoe meer golfbrekers ernstig beskadig, wat dan herstel moet word. Drie gevallestudies van golfbreker swigtings is geëvalueer. In die evaluering is gevind dat die rede waarom daardie golfbrekers geswig het, te wyte is aan foute tydens die ontwerp, tydens konstruksie en implementering, en gedurende die na-konstruksie tydperk. Byvoorbeeld, die gebruik van swak inset data tydens die ontwerpproses, die verkeerde interpretasie van omgewingstoestande, die gebruik van substandaard konstruksiemateriaal, en om nie volhoubare ontwikkelingsoorwegings wat met klimaatsverandering te doen het toe te pas nie. Ongeag die rede vir die swigting van die golfbreker, is daar altyd ‘n moontlikheid dat die golfbreker kan swig of skade ly en dus herstelwerk benodig. Navorsing is ook gedoen oor sommige herstelopsies wat voorheen getoets is of as geskikte herstelmetodes beskou is. Die doel van hierdie studie is om verskillende herstelmetodes wat gebruik kan word vir ‘n beskadigde Dolos-golfbreker te evalueer en te toets of die herstel gedoen kan word met groter Dolos-eenhede wat op verskillende maniere gepak word. Hierdie studie het drie Dolos-groottes en drie metodes van herstel-pakking geëvalueer. ‘n Fisiese modelstudie is toe ontwerp om te toets of die herstel van ‘n Dolos-golfbreker met Dolos-eenhede in die grootte-inkremente van 10%, 30% en 100% groter nominale deursnee, haalbaar was. Die eerste en tweede herstelmetodes is om hersteleenhede in ‘n enkel- of dubbellaag onderskeidelik oor ‘n bestaande beskadigde Dolos- golfbreker te pak. Die derde metode is om ‘n nuwe onderlaag oor die beskadigde struktuur te bou en dan ‘n dubbellaag van die hersteleenhede oor hierdie struktuur te plaas. Die pakking van eenhede oor die bestaande struktuur word verkies in plaas daarvan om die bestaande pantsereenhede te verwyder as gevolg van die hoë koste verbonde aan die verwydering, vervoer en wegdoening van pantsereenhede van ‘n bestaande struktuur. Die fisiese modeltoetse het herhaalbaarheid- en stormduurte-toetse as die voorlopige toetse van die model ingesluit. Dit is gedoen om te verseker dat die resultate van die herstelmetode-toetse betroubaar is met die korrekte aantal golwe wat per golfhoogte gebruik word. Die golfhoogte was die enigste veranderlike wat tydens die herstelmetodetoetse verander is, wat gelei het tot ‘n logiese manier om te evalueer hoe effektief elke herstelmetode en elke Dolos grootte was.
AFRIKAANS OPSOMMING: Die oorspronklike ontwerptoestande van baie bestaande golfbrekers word oorskry, onder andere weens klimaatsverandering wat ‘n toename in stormduur, golfhoogtes en waterdiepte veroorsaak; daarby word al hoe meer golfbrekers ernstig beskadig, wat dan herstel moet word. Drie gevallestudies van golfbreker swigtings is geëvalueer. In die evaluering is gevind dat die rede waarom daardie golfbrekers geswig het, te wyte is aan foute tydens die ontwerp, tydens konstruksie en implementering, en gedurende die na-konstruksie tydperk. Byvoorbeeld, die gebruik van swak inset data tydens die ontwerpproses, die verkeerde interpretasie van omgewingstoestande, die gebruik van substandaard konstruksiemateriaal, en om nie volhoubare ontwikkelingsoorwegings wat met klimaatsverandering te doen het toe te pas nie. Ongeag die rede vir die swigting van die golfbreker, is daar altyd ‘n moontlikheid dat die golfbreker kan swig of skade ly en dus herstelwerk benodig. Navorsing is ook gedoen oor sommige herstelopsies wat voorheen getoets is of as geskikte herstelmetodes beskou is. Die doel van hierdie studie is om verskillende herstelmetodes wat gebruik kan word vir ‘n beskadigde Dolos-golfbreker te evalueer en te toets of die herstel gedoen kan word met groter Dolos-eenhede wat op verskillende maniere gepak word. Hierdie studie het drie Dolos-groottes en drie metodes van herstel-pakking geëvalueer. ‘n Fisiese modelstudie is toe ontwerp om te toets of die herstel van ‘n Dolos-golfbreker met Dolos-eenhede in die grootte-inkremente van 10%, 30% en 100% groter nominale deursnee, haalbaar was. Die eerste en tweede herstelmetodes is om hersteleenhede in ‘n enkel- of dubbellaag onderskeidelik oor ‘n bestaande beskadigde Dolos- golfbreker te pak. Die derde metode is om ‘n nuwe onderlaag oor die beskadigde struktuur te bou en dan ‘n dubbellaag van die hersteleenhede oor hierdie struktuur te plaas. Die pakking van eenhede oor die bestaande struktuur word verkies in plaas daarvan om die bestaande pantsereenhede te verwyder as gevolg van die hoë koste verbonde aan die verwydering, vervoer en wegdoening van pantsereenhede van ‘n bestaande struktuur. Die fisiese modeltoetse het herhaalbaarheid- en stormduurte-toetse as die voorlopige toetse van die model ingesluit. Dit is gedoen om te verseker dat die resultate van die herstelmetode-toetse betroubaar is met die korrekte aantal golwe wat per golfhoogte gebruik word. Die golfhoogte was die enigste veranderlike wat tydens die herstelmetodetoetse verander is, wat gelei het tot ‘n logiese manier om te evalueer hoe effektief elke herstelmetode en elke Dolos grootte was.
Description
Thesis (MEng) -- Stellenbosch University, 2022.
Keywords
Coastal engineering, Breakwaters -- Repairing, Climatic changes, Coastal zone management, Shorelines -- Monitoring, UCTD