Effect of the overhang length of a recurve seawall in reducing wave overtopping
Date
2016-12
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: With the slow but steady rise in sea level, which is due to global warming, the pressure on the coastal zone across the world has greatly increased. In the past coastal developments have frequently encroached onto the shore, therefore progressively more of these developments have recently come under increasing wave and storm attack, with large portions of the world’s coastlines needing protection.
A solution to adequately protect the coastlines under threat would be to increase the crest height of existing seawalls. However, since this would often obstruct the sea view, such a solution would be unacceptable to seaside property owners. The construction of recurve seawalls to reduce overtopping provides a solution, while limiting the obstruction of the sea view.
Historically, seawalls have been used to protect coastlines. Recurve seawalls, where the sea-facing side of the wall is shaped concavely forward to re-direct wave attack back out to sea, were first designed in the 1980s. However, very few guidelines for the design of recurve seawalls are currently available.
Against this background, the current physical model study was conducted with the objectives of quantifying the reduction in wave overtopping in terms of the various geometrical properties of the recurve seawall, such as the overhang length and freeboard height (being the difference between the crest level and water level), and developing design curves for recurve seawalls.
To achieve the objectives of this study, a 2D physical model was designed and built. More than 200 tests were undertaken in order to cover a wide range of water levels and wave periods for nine different recurve seawall designs.
The study found that as the overhang length increases, the reduction in overtopping increases up to a certain point, after which a longer overhang length has no further significance. However, under certain conditions, the 0.3 m overhang length produced worse overtopping reduction results than the vertical wall. Further, a recurve seawall with a parapet angle greater than 50º will not improve the reduction in overtopping, when compared to the results for a vertical wall under similar conditions.
It was concluded that the crest level, in combination with the freeboard level, are critical parameters in the determination of overtopping. It is recommended that the freeboard should be sufficient so that the incoming wave hits the vertical part of recurve wall. If sufficient freeboard is not available, the recurve wall will be drowned and will not provide any overtopping reduction. A combination of high freeboard and low water levels can produce up to 100% reduction in overtopping.
The repeatability of the tests showed that the accuracy is very good, and significantly better than the data in the CLASH database. Comparison of the measured overtopping with the prediction of the most referenced database, the EurOtop dataset, showed that the EurOtop method should be used with caution.
Additional tests should be conducted to investigate the influence that the beach slope, as well as the wave height, will have on the effectiveness of the recurve wall. Further overhang lengths in a critical area (for example the 0.2 m and 0.4 m overhang lengths), are also required to expand the usefulness of the design guidelines. The stability of the recurve seawalls and of their foundations should also be considered in greater detail.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Met die seevlak wat as gevolg van aardverwarming stadig maar geleidelik styg, is daar algaande meer druk uitgeoefen op kussones reg oor die wêreld. Terwyl daar in die verlede dikwels kusontwikkelings tot binne die dinamiese kussone ingedring het, word baie van die ontwikkelings aan toenemende golf- en storm-aanvalle blootgestel en benodig groot dele van wêreld se kuslyne beskerming. ʼn Oplossing om die kuslyne in gevaar te beskerm, is om die kruinhoogte van bestaande seemure te verhoog. Alhoewel aangesien so ʼn oplossing die see-uitsig in baie gevalle sal belemmer, sal dit onaanvaarbaar wees vir die eienaars van eiendom aangrensend aan die kuslyn. Die bou van terugkaatsmure om die golfoorslag te verminder voorsien ʼn oplossing sonder om see-uitsig te belemmer. Seemure is geskiedkundig gebruik om kuslyne te beskerm. Terugkaatsmure, waar die seewaartse kant van die muur konkaaf vorentoe gevorm is om die golf aanval seewaarts te stuur, is eerste in die 1980s ontwerp. Desnieteenstaande is baie beperkte riglyne vir die ontwerp van terugkaatsmure tans beskikbaar. Die huidige navorsingsprojek is teen die agtergrond uitgevoer met die doelwit om die vermindering van golfoorslag te kwantifiseer in terme van die meetkundige eienskappe van die terugkaatsmuur – soos die oorhanglengte en die vryboordhoogte (wat die verskil tussen die kruinvlak en die watervlak is) en om ontwerpsriglyne vir terugkaatsmuur te ontwikkel. Om die bogenoemde doelwitte te bereik, is ʼn 2D fisiese model ontwerp en gebou. Meer as 200 toetse is uitgevoer, wat ʼn wye reeks watervlakke en golfperiodes insluit vir nege terugkaatsmuur-ontwerpe. In die studie is daar bevind dat, soos die oorhanglengte van die terugkaatsmuur verleng, verhoog die vermindering in oorslag, maar net tot op ʼn punt, waarna die verlenging van oorhanglengte geen verdere effek sal hê op die vermindering van oorslag nie. Vir sekere omstandighede het die 0.3 m oorhanglengte egter ʼn kleiner vermindering in oorslag gelewer as die vertikale muur. Verder sal ʼn terugkaatsmuur met ʼn borswering hoek groter as 50º by dieselfde golftoestande en watervlak nie die vertikale muur se vermindering in oorslag verbeter nie. Daar is tot die gevind dat beide die kruinhoogte en die vryboordhoogte kritiese parameters is in die bepaling van oorslag. Daar word verder aanbeveel dat die vryboordhoogte voldoende moet wees sodat die inkomende golf die vertikale deel van die terugkaatsmuur sal tref. Indien voldoende vryboord nie reeds beskikbaar is of verskaf kan word nie, sal die terugkaatsmuur versuip en sal dan geen vermindering in oorslag plaasvind nie. ʼn Kombinasie van hoë vryboord en lae watervlak kan egter tot 100% vermindering in oorslag lewer. Die herhaalbaarheid van die toetse het gewys dat die akkuraatheid baie goed is, en aansienlik beter is as die CLASH data. ʼn Vergelyking van die gemete oorslag met die voorspelling van die mees verwysde datastel, die EurOtop datastel, het getoon dat die EurOtop metode versigtig gebruik moet word. Addisionele toetse moet gedoen word om die invloed van die strandhelling te ondersoek, asook die invloed wat die golfhoogte sal hê op die effektiwiteit van die terugkaatsmuur. Verder moet oorhanglengtes in ʼn kritiese gebied (byvoorbeeld 0.2 m en 0.4 m) beskou word om die bruikbaarheid van die ontwerpsriglyne uit te brei. Laastens moet die stabiliteit en fondasie van die terugkaatsmure in ag geneem word en in meer detail bestudeer word.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Met die seevlak wat as gevolg van aardverwarming stadig maar geleidelik styg, is daar algaande meer druk uitgeoefen op kussones reg oor die wêreld. Terwyl daar in die verlede dikwels kusontwikkelings tot binne die dinamiese kussone ingedring het, word baie van die ontwikkelings aan toenemende golf- en storm-aanvalle blootgestel en benodig groot dele van wêreld se kuslyne beskerming. ʼn Oplossing om die kuslyne in gevaar te beskerm, is om die kruinhoogte van bestaande seemure te verhoog. Alhoewel aangesien so ʼn oplossing die see-uitsig in baie gevalle sal belemmer, sal dit onaanvaarbaar wees vir die eienaars van eiendom aangrensend aan die kuslyn. Die bou van terugkaatsmure om die golfoorslag te verminder voorsien ʼn oplossing sonder om see-uitsig te belemmer. Seemure is geskiedkundig gebruik om kuslyne te beskerm. Terugkaatsmure, waar die seewaartse kant van die muur konkaaf vorentoe gevorm is om die golf aanval seewaarts te stuur, is eerste in die 1980s ontwerp. Desnieteenstaande is baie beperkte riglyne vir die ontwerp van terugkaatsmure tans beskikbaar. Die huidige navorsingsprojek is teen die agtergrond uitgevoer met die doelwit om die vermindering van golfoorslag te kwantifiseer in terme van die meetkundige eienskappe van die terugkaatsmuur – soos die oorhanglengte en die vryboordhoogte (wat die verskil tussen die kruinvlak en die watervlak is) en om ontwerpsriglyne vir terugkaatsmuur te ontwikkel. Om die bogenoemde doelwitte te bereik, is ʼn 2D fisiese model ontwerp en gebou. Meer as 200 toetse is uitgevoer, wat ʼn wye reeks watervlakke en golfperiodes insluit vir nege terugkaatsmuur-ontwerpe. In die studie is daar bevind dat, soos die oorhanglengte van die terugkaatsmuur verleng, verhoog die vermindering in oorslag, maar net tot op ʼn punt, waarna die verlenging van oorhanglengte geen verdere effek sal hê op die vermindering van oorslag nie. Vir sekere omstandighede het die 0.3 m oorhanglengte egter ʼn kleiner vermindering in oorslag gelewer as die vertikale muur. Verder sal ʼn terugkaatsmuur met ʼn borswering hoek groter as 50º by dieselfde golftoestande en watervlak nie die vertikale muur se vermindering in oorslag verbeter nie. Daar is tot die gevind dat beide die kruinhoogte en die vryboordhoogte kritiese parameters is in die bepaling van oorslag. Daar word verder aanbeveel dat die vryboordhoogte voldoende moet wees sodat die inkomende golf die vertikale deel van die terugkaatsmuur sal tref. Indien voldoende vryboord nie reeds beskikbaar is of verskaf kan word nie, sal die terugkaatsmuur versuip en sal dan geen vermindering in oorslag plaasvind nie. ʼn Kombinasie van hoë vryboord en lae watervlak kan egter tot 100% vermindering in oorslag lewer. Die herhaalbaarheid van die toetse het gewys dat die akkuraatheid baie goed is, en aansienlik beter is as die CLASH data. ʼn Vergelyking van die gemete oorslag met die voorspelling van die mees verwysde datastel, die EurOtop datastel, het getoon dat die EurOtop metode versigtig gebruik moet word. Addisionele toetse moet gedoen word om die invloed van die strandhelling te ondersoek, asook die invloed wat die golfhoogte sal hê op die effektiwiteit van die terugkaatsmuur. Verder moet oorhanglengtes in ʼn kritiese gebied (byvoorbeeld 0.2 m en 0.4 m) beskou word om die bruikbaarheid van die ontwerpsriglyne uit te brei. Laastens moet die stabiliteit en fondasie van die terugkaatsmure in ag geneem word en in meer detail bestudeer word.
Description
Thesis (MEng)--Stellenbosch University, 2016.
Keywords
Sea level rise, UCTD, Coastal zones -- Effect of global warming on, Sea-walls -- Design and construction