Waterbouwsteen

Waterbouwsteen, soms ook stortsteen genoemd, is breuksteen met steengewichten tussen de 100 en 10000 kg en geschikt is voor gebruik in de waterbouw. Maten en eigenschappen zijn vastgelegd in Europese Norm EN13383.[1]

Steenklassen

Verdeling HMA en HMB

Verdeling LMA en LMB

Verdeling CP

Waterbouwsteen is beschikbaar in gestandaardiseerde steenklassen, die beschreven worden door een onder- en een bovenwaarde van de steenmassa in deze klassen. Zo betekent klasse 60–300 dat maximaal 10% van de stenen lichter is dan 60 kg en maximaal 30% van de stenen zwaarder is dan 300 kg. Het normblad geeft ook nog waarden die niet door 5% onderschreden, c.q. 3% overschreden mogen worden.

Voor specifiek gebruik als toplaag voor een golfbreker of oeververdediging wordt vaak ook nog een eis gesteld aan de maat van het gemiddelde steenmassa (exclusief scherven), de M_EM. Dit is dan een categorie A steen. Voor categorie B steen geldt dit niet. Er zijn twee groepen, onderverdeeld in de klassen HM en LM (Heavy en Light). Een steenklasse is dus volgens EN 13383 gedefinieerd als bijvoorbeeld HM_A300–1000. Bijgaande grafieken geven een overzicht van alle steenklassen. Een verdeling die tussen de twee aangegeven krommen ligt, voldoet aan de eisen voor categorie B. Voor een categorie A moet de M_EM op het kleine horizontale streepje liggen in de grafiek.

Daarnaast is er nog een steenklasse CP (Coarse) gedefinieerd. De klasse CP is kleiner dan LM, alhoewel de naam anders doet vermoeden. Dit komt omdat deze klasse identiek is aan de grofste klasse in de standaard voor breuksteen als toeslagmateriaal (aggregate). In de steenklase CP wordt de klasse niet aangegeven met kg, maar in mm. De norm kent geen vastgestelde waarden voor karakteristieke diameters waar vaak berekeningen mee worden uitgevoerd (D₁₅, D₅₀, D₈₅). Deze worden vaak afgeleid op basis van Rosin-Rammler-krommes. Op grond van de basisinformatie uit de norm EN13383 kan de volgende tabel opgesteld worden:

Klassenaam	Range voor de MEM (kg)	Range voor de D50 (cm)	Ratio D85/D15	Rekenwaarde voor Dn50 (cm)	Laagdikte (> 2Dn50) (cm)	Minimale storthoeveelheid bij 2Dn50 (kg/m²)
CP45/125	0,4–1,2	6,3–9,0	2,8	6,4	20	300
CP63/180	1,2–3,8	9,0–12,5	2,8	9,0	20	300
CP90/250	3,1–9,3	12,5–18	2,8	12,8	20	300
CP45/180	0,4–1,2	6,3–9,0	4,0	6,4	20	300
CP90/180	2,1–2,8	11–12	2,0	9,7	20	300
LMA5–40	10–20	15–20	1,7	17	35	525
LMA10–60	20–35	20–24	1,5	21	42	630
LMA40–200	80–120	31–36	1,5	34	68	1020
LMA60–300	120–190	36–41	1,5	38	76	1140
LMA15–300	45–135	26–37	2,7	31	62	930
HMA300–1000	540–690	55–64	1,4	59	118	1770
HMA1000–3000	1700–2100	86–92	1,4	90	180	2700
HMA3000–6000	4200–4800	117–122	1,2	118	236	3540
HMA6000–10000	7500–8500	141–147	1,2	144	288	4320
HMA10000–15000	12000–13000	165–170	1,2	168	336	5040

Mediane steenmassa M₅₀

Steenmonster van 50 stenen

Verdeling van de gewichten van de 50 stenen

Bij fijnkorrelig materiaal zoals zand wordt de grootte meestal gegeven door de mediane diameter, die bepaald wordt door zeven van het zand. Het maken van een zeefkromme voor waterbouwsteen is niet mogelijk, de stenen zijn te groot om te zeven. Daarom wordt de M₅₀ gebruikt. Deze wordt bepaald door een steekproef stenen te nemen, en van iedere steen de massa te bepalen en deze massa's te sorteren op grootte en een cumulatieve massakromme te maken. In deze kromme is dan de M₅₀ af te lezen. Merk op dat de term mediaan steengewicht feitelijk onjuist is, het is niet zo dat de steen met gewicht M₅₀ ook de middelste steen van de steekproef is.

Als voorbeeld hierbij een monster van 50 stenen uit een steengroeve in Bulgarije. De blauwe rechthoek heeft formaat A4. Alle stenen zijn individueel gewogen, en hun massa is uitgezet in bijgaande grafiek. Horizontaal staat de individuele steenmassa, en verticaal de cumulatieve massa als percentage van de totale massa van het monster. Bij 50% is de M₅₀ af te lezen, dit is 24 kg. De echte mediaan van dit monster is de gemiddelde massa van steen 25 + 26. In dit specifieke voorbeeld scheelt dat niet veel met de M₅₀, de mediane massa is 26 kg.

Hoewel vaak gedacht is de mediane massa M₅₀ niet gelijk aan de gemiddelde massa zonder scherven M_EM. De verhouding tussen M₅₀ en M_EM varieert van 1,1 voor zware sorteringen (1000–3000 en zwaarder) tot 1,4 voor 5–40kg sorteringen. Bij de brede 15–300kg sortering is de verhouding zelfs groter dan 1,5. Zie tabel 3.6 van de Rock Manual.

Klassenaam (kg)	Verhouding M50/MEM
15–300	1,570
40–400	1,386
10–60	1,352
60–300	1,243
300–1000	1,163
1000–3000	1,099
3000–6000	1,054
6000–10000	1,024
10000–15000	1,002

Nominale diameter

Omdat in veel ontwerpformules geen steengewicht maar een diameter is opgenomen, is het nodig om hiervoor een omrekenmethode vast te leggen. Dit is de nominale diameter, dit is de maat van een ribbe van een kubus met hetzelfde gewicht als de steen, dus:

${\displaystyle D_{n}={\sqrt[{3}]{M/\rho }}}$

Meestal wordt hiervoor ook de mediane waarde gebruikt: d_n50. Over het algemeen kan voor omrekenen de relatie gebruikt worden:

${\displaystyle D_{n50}=F_{s}D_{50}=0.84D_{50}}$ [2]

waarin F_s de vormfactor is. Overigens varieert de vormfactor nogal, de range betreft ongeveer 0,7–0,9.

Voor bovenstaand voorbeeld uit Bulgarije is ook de D_n50 bepaald. Omdat de dichtheid van de lokale steensoort (een kalksteen) 2284 kg/m³ is, is de D_n50 dus 22 cm. Merk op dat visueel de steengrootte van het monster veel groter lijkt. Dat komt omdat er een paar grote stenen in zitten, die voor een verkeerd beeld zorgen.

Andere parameters

In normblad EN13383 worden nog veel meer parameters beschreven die de kwaliteit van waterbouwsteen vastleggen, zoals een vormparameter (Lengte/Dikte), weerstand tegen breken, waterabsorptievermogen etc. Belangrijk is om te realiseren dat het normblad aangeeft hoe de kwaliteit van waterbouwsteen moet worden omschreven, maar niet welke kwaliteit noodzakelijk is voor een bepaalde toepassing. Dit laatste staat in ontwerphandleidingen en ontwerprichtlijnen, zoals de 'Rock Manual'.

Bepaling benodigde steengewicht

Voor berekening van het benodigde gewicht onder invloed van golfslag kan de (verouderde) Hudson-formule of de Van der Meer-formule gebruikt worden. Voor berekening van het steengewicht in stroming wordt de Izbash-formule aanbevolen.

Bron

• (en) CIRIA, CUR, CETMEF (2007). The rock manual : the use of rock in hydraulic engineering. CIRIA C683, London, 1268 p. ISBN 9780860176831. Geraadpleegd op 11-2-2019.

---

Referentie

1. (en) EN 13383 Waterbouwsteen. Nederlands Normalisatie Instituut, Delft (1-7-2015). Geraadpleegd op 22-05-2021.
2. (en) Jansen, Laura (februari 2014). Ratio between stone diameter and nominal diameter. TU Delft, comm. on hydraulics 2014-01. Geraadpleegd op 8-2-2019.