Golfbreker

Golfbrekers zijn constructies die gebouwd zijn aan de kust, als onderdeel van de kustverdediging, of om een haveningang te beschermen tegen weersinvloeden en nadelige invloeden van zeestromingen langs de kust. Langs de Nederlandse kust bijvoorbeeld bij Hoek van Holland, Scheveningen en IJmuiden en in België bij Zeebrugge.

In de volksmond worden de kleinere strandhoofden ook vaak golfbrekers genoemd. Dit is echter fundamenteel onjuist, omdat strandhoofden een heel andere functie hebben en ook op een geheel andere manier werken.

Doel en werking van golfbrekers

Golfbrekers bij de haven van Portland

Golfbrekers worden meestal gebouwd bij de ingang van havens om aldaar een beschut vaarwater te creëren voor schepen die de haven in en uit lopen en om rustig water in de haven zelf te creëren. Voor het varen is het vooral de branding waar schepen last van hebben. Een kenmerkende eigenschap van golfbrekers is dan ook dat zij dwars op de kust staan en zich door de brandingszone heen strekken, dus tot in het gebied waar de golven nog niet uit zichzelf breken.

De werking van een golfbreker is in principe eenvoudig: de golven die vanuit zee komen worden op de buitenkant van de golfbreker gebroken of gereflecteerd. Tussen de golfbrekers ontstaat daardoor een relatief rustig vaarwater.

Meestal wordt een golfbreker dus gebouwd om een haven(mond) te beschermen tegen voor schepen hinderlijke golven. Soms wordt er tussen de golfbrekers zelfs een complete haven gebouwd, zoals in Zeebrugge. Hiernaast worden golfbrekers soms wel eens gebouwd als kustbeschermingsmaatregel. De golfbrekers liggen dan parallel aan de kust, waardoor een golfluw gebied achter de golfbrekers ontstaat. Uiteindelijk kan een kust hierdoor gaan "groeien", waardoor lokaal erosieproblemen kunnen worden opgelost. Deze oplossing brengt echter ook morfologische problemen met zich mee; daarom zijn deze zogenoemde "detached breakwaters" nog niet in Nederland toegepast.

Typen golfbrekers

Een stortsteengolfbreker opgebouwd uit speciaal gegoten betonblokken

... en uit granietblokken

Stortsteengolfbreker ("Rubble-mound")

Dit is een van de meest voorkomende typen golfbrekers. Ook de meeste grote golfbrekers langs de Nederlandse en Belgische kust zijn van dit type. In essentie bestaan deze golfbrekers uit een kern van breuksteen met aan de buitenkant een zwaardere beschermlaag: de "armour"-laag. Deze armour-laag kan bestaan uit zwaardere rotsen (in vergelijking tot het inwendige materiaal) of speciale betonnen elementen. Deze betonnen elementen kunnen eenvoudige kubussen zijn, tot meer ingewikkelde vormen met allerlei poten eraan, de "interlocking units". Deze speciale vormen zorgen ervoor dat de blokken tot op zekere hoogte in elkaar haken, waardoor ze als het ware samenwerken om de golfaanval te weerstaan. Opmerkelijk is overigens dat deze betonnen elementen uit ongewapend beton bestaan; dit omdat het risico van doorroesten van het wapeningsstaal in het zoute zeewater te groot is.

Andere onderdelen van een stortsteengolfbreker golfbreker zijn: één of meerdere filterlagen (lagen steen tussen de kern en de armour-laag, om een enigszins geleidelijke overgang te creëren tussen de fijne en grove materialen), een filterconstructie op de bodem (dit kan bijvoorbeeld ook een speciaal doek zijn), een teenconstructie om de armour-laag te ondersteunen in de richting langs de helling, en eventueel een kroonmuur bovenop, om de golfbreker begaanbaar te maken.

Het voordeel van een stortsteengolfbreker is dat deze constructie relatief goedkoop is en eenvoudig te bouwen. Dit type golfbreker is eenvoudig te repareren (hoewel het in het geval van interlocking-units wat moeilijker wordt) en heeft zelfs een zelf-reparerend vermogen: door het nazakken van de armour-laag kan het gat dat ontstaan is als er ergens een steen of betonblok van zijn plaats gekomen is (of zelfs helemaal uit de golfbreker geslagen is) weer opgevuld worden.

Het nadeel van een stortsteengolfbreker is dat de hoeveelheid benodigd materiaal, en dus ook de kosten van de golfbreker, kwadratisch toeneemt met de diepte. Daardoor is dit type golfbreker over het algemeen geen economische oplossing op heel diep water.

Caissongolfbreker

Caissongolfbreker

Een caissongolfbreker bestaat uit grote betonnen bakken (caissons) die geprefabriceerd worden en vervolgens op de juiste plaats op de zeebodem neergezet worden. De caissons worden vervolgens gevuld met stortsteen zodat zij een grote massa krijgen. Deze massa is nodig om voldoende stabiliteit te krijgen onder de grote krachten van de "golfklappen", die ontstaan als golven tegen een verticale muur slaan.

Caissons zijn relatief dure constructies. Alleen op erg diep water kunnen ze een economische oplossing zijn. Ze worden daarom toegepast in gebieden waar de zeebodem vanaf de kust gezien erg steil naar beneden gaat, bijvoorbeeld in Japan. Ook kunnen ze toegepast worden als er te weinig ruimte is voor een stortsteengolfbreker. Het voordeel van een caissongolfbreker is dat het erg eenvoudig is om aanlegplaatsen te creëren voor schepen. Een nadeel is dat het erg moeilijk is om de optredende krachten op de golfbreker te bepalen, en ook de fundering van deze zware constructies brengt hele eigen problemen met zich mee.

Drijvende golfbreker

Golfbreker deels opgebouwd uit oude schepen

Drijvende golfbrekers zijn in Nederland uitvoerig getest door de TU Delft. Nu is mede uit de positieve resultaten van het onderzoek een bedrijf ontstaan dat wereldwijd deze drijvende golfbrekers bouwt (onder de naam Dutch Floating Breakwaters). De demping van deze golfbreker type is hoog (90%) en is een zeer economische oplossing in vergelijking met de traditionele vaste golfbrekers.

Door de komst van computersimulatietechnieken en met behulp van laboratoriumproeven is aangetoond dat de drijvende golfbrekers goed werken. Echter dient deze alleen door professionele waterbouwkundigen te worden ontworpen die kennis hebben van de materie met name de optimale lay-out t.o.v inkomende golven en ontwerp van de verankering. Voor diep water is het een zeer economische en bijna enige oplossing om golven te dempen. Golven tot 10 m hoogte kunnen gedempt worden met drijvende golfbrekers. In Monaco is een grote drijvende golfbreker ontworpen in 50 m waterdiepte en golfhoogten van 8m. Het bewijs is dus geleverd betreffende de optimale werking. In verschillende oude literatuur staat geschreven dat de breedte van een drijvende golfbreker net zo groot moet zijn als de inkomende golflengte. Dit is onjuist en met onderzoek en toepassingen in de praktijk bewezen.

Palengolfbreker

Palengolfbreker

Het in de grond spuiten van een groot aantal palen om zo de golfwerking af te remmen, lijkt in eerste instantie een eenvoudige oplossing. Het kan echter op theoretische gronden aangetoond worden, dat een dergelijke oplossing pas effect heeft als de palen zo dicht op elkaar staan, dat ze bijna een gesloten muur vormen. Als echte golfbreker is een palengolfbreker dus niet erg effectief. Deze constructie kan echter een oplossing zijn in geval van erosieproblemen. Om een erosieprobleem op te lossen is vaak en reductie van de golfhoogte van enkele procenten al effectief en dit kan wel met een palenrij bereikt worden.

Bijzondere constructies

• Soms worden er stortsteengolfbrekers gebouwd die niet boven water uitkomen. Dit kan gedaan worden als een reductie van golfhoogten voldoende is en het niet nodig is alle golven weg te nemen. Doordat de constructie lager is, is veel minder materiaal nodig en is de constructie ook veel voordeliger.
• Verder worden soms de stortsteen- en caisson-golfbreker gecombineerd: het onderste deel van de golfbreker wordt dan met stortstenen uitgevoerd, waarbovenop een caisson wordt geplaatst. Dit kan gedaan worden om kosten te sparen (goedkope stortstenen), terwijl er toch een aanlegplaats vereist is.

Neveneffect

Een vervelende bijwerking van (haven-)golfbrekers is dat ze, doordat ze helemaal door de brandingszone heensteken, het zandtransport langs de kust in de brandingszone geheel blokkeren. Hierdoor kan er aan een kant van de golfbreker erosie ontstaan, terwijl er aan de andere kant aanzanding ontstaat. De aanzanding kan zelfs zo groot worden, dat het zand om de punt van de golfbreker heen gaat lopen. Het gevolg is dan echter dat het zand midden in de vaargeul gedeponeerd wordt, waardoor deze te ondiep kan worden. Het is dus zaak bij het ontwerp van de golfbreker hier al rekening mee te houden en hier oplossingen voor te zoeken (bijvoorbeeld: aan de ene zijde wegbaggeren en aan de andere zijde deponeren).

Mediabestanden

Zie de categorie Breakwaters van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.